【原创分享】电子学中的百科书-本质半导体与杂质半导体


在上一篇文章中,我们了解了关于导体半导体以及绝缘体的相关知识,通过以半导体物理学这个新的思路来接触我的以及非常熟悉的知识。那么我们讨论的半导体,那么半导体的知识我们以及了解了。关于半导体的分类及如何进行半导体的掺杂,将是我们今天要研究的课题。

我们都知道为加入其他杂质元素的半导体称为纯半导体也就是本质半导体或叫做本征半导体


常见的本质半导体有(SI)(GE)以及砷化镓(GAAS,其中半导体是具有负温度系数的特性也就是温度越低其电阻越大而温度越高其电阻越小

这和我们常常说的半导体器件具有温漂,所说的温漂就是半导体器件会随着温度的改变其特性会发生变化变化最大的就是其电阻值那么这几个常见的半导体温度变化的曲线一样吗

不一样!如果一样就不会出现锗二极管的淘汰随后的硅半导体的应用那么来看一下这个图如图所示

 

【原创分享】电子学中的百科书-本质半导体与杂质半导体的图1


来分析一下,我们以300K为标准其往右温度越高可以发现温度越高其EV的值是处于下降的趋势也就是说温度越高的话半导体电阻特性的电阻值会降低这也就是为什么一个半导体在一个环境中虽然我们的电压电流甚至电路的设计都是非常完美的如果没有考虑其使用的环境那么这个电路是不可能长期稳定的。反过来想想是不是温度越高,半导体的导电能力就越好,虽然会出现一些极端的情况,但是给一个合适的温度,这个器件就会展现出他应该有的特性,这也就是为什么所以芯片规格书在温度值中会给一个常温25


这是关于半导体的温度的特性说到底本征半导体如果不掺杂其他元素的话本征半导体是不会导电的也就是不具有导电能力或者说导电能力微弱但这仅仅是理论没有数学的依据


下面介绍一个定律质量作用定律

Ni=n*p

其中ni为本质浓度

     N为电子浓度

     P为电洞浓度也叫作空穴浓度

那么在本质半导体中其电子浓度与电洞浓度是相等的也就是说没有电势差没有电势差就没有电压没有电压的形成的半导体就不具有其导电能力


既然这样我们就为其加入其他的元素但加入之前需要明白当掺入杂质后其半导体就分为N型半导体与P型半导体。当然这是后话,下面讨论一下掺杂。


首先给出定义加入其他杂质元素的半导体叫做掺杂其被掺杂的半导体叫做杂质半导体又叫做外质半导体

其掺杂工艺为

        以硅二极管为例其掺杂比例为1:108即每108的硅原子或锗原子掺杂一个五价元素或三价元素以增加其导电性

下面以P型半导为例:

首先P型半导体的形成是掺入三价元素而形成的,常用的三价元素有:硼、铝、镓等

 

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当掺入三价元素后,中间会形成共价键,就是三价元素周围的紫色的轨道上面,总共有8个电子进行掺杂,但是掺入的是一个三价元素而本质半导体是一个四价元素,所以会形成一个空穴。当然这个一个半导体所形成的图形,如果有NP型半导体。

 

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其多个空穴会吸引电子来做移动,继而形成所谓的电洞流,继而形成电流

那么从共价键的图中可以看出其空穴为多数载流子而电子少一个即为少数载流子就是所多子为空穴少子为电子的半导体叫做P型半导体。

 

这里还有一点如果多数载流子是空穴的话那么P型半导体所对应的极性,这里以二极管为例,其所对应的极性就为正极。因为正极为电子,而负极为空穴。


   当然这是下一节二极管的基础知识这里略讲一下

好了既然了解了P型半导体,那么我们就来看一下N型半导体首先N型半导体掺杂的元素为5价元素,其常用的五价元素有,磷、砷、锑等。

当然如果根据P型半导体的思路,其本质半导体为四价元素,当掺入一个五价元素后,其会形成一个多余的电子,而这个多余的电子叫做自由电子,所以N型半导体为多数载流子为电子,而少数载流子为空穴,也就是所电流在物理层面是从负极流向正极。如图所示:

 

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这是关于本质半导体与杂质半导体的掺杂和P型半导体与N型半导体的区别,及利用基本半导体物理学的角度分析。

那么当我们将这两个半导体进行结合会出现什么样的物理现象或者是一个半导体电子电路的课程研究也就是在讨论这两个半导体结合后的物理现象及对电压电流的一些控制和他本身的控制方法

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本质半导体杂质半导体半导体

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