1、19-3 半导体的导电机构半导体的导电机构1.1.电子和空穴电子和空穴 本征半导体是指纯净的半导体。本征半导体是指纯净的半导体。本征半导体的导电性能在导体与绝缘体之间。本征半导体的导电性能在导体与绝缘体之间。电子导电：电子导电：导带中的电子在外磁场中的定向运动。导带中的电子在外磁场中的定向运动。空穴导电：空穴导电：满带中存在空穴的情况下，电子在满满带中存在空穴的情况下，电子在满带内的迁移，相当于空穴沿相反方向运动。空穴带内的迁移，相当于空穴沿相反方向运动。空穴相当于带正电的粒子。相当于带正电的粒子。满带上的一个电子跃迁到导带后满带上的一个电子跃迁到导带后,满带中出满带中出现一个空位，称为现一个
2、空位，称为空穴空穴。电子和空穴电子和空穴GaAs的扫描隧道显微镜图象的扫描隧道显微镜图象空带空带满带满带 满带上带正电的满带上带正电的空穴向下跃迁也能空穴向下跃迁也能形成电流形成电流,这称为空这称为空穴导电。穴导电。Eg 在外电场作用下在外电场作用下,空穴下面能级上的电空穴下面能级上的电子可以跃迁到空穴上子可以跃迁到空穴上来来,这相当于空穴向这相当于空穴向下跃迁。下跃迁。电子和空穴电子和空穴2.2.杂质的影响杂质的影响(1)n型半导体型半导体 四价的本征半导体四价的本征半导体 Si、Ge等，掺入少量等，掺入少量五价的五价的杂质杂质元素（如元素（如P、As等）形成电子型半等）形成电子型半导体导体
3、,称称 n 型半导体。型半导体。量子力学表明，这种掺杂后多余的电子的能量子力学表明，这种掺杂后多余的电子的能级在禁带中紧靠空带处级在禁带中紧靠空带处,ED10-2eV，极易形极易形成电子导电。成电子导电。该能级称为该能级称为施主能级。施主能级。n 型半导体型半导体 在在n型半导体中型半导体中空空 带带满满 带带施主能级施主能级EDEgSiSiSiSiSiSiSiP空穴空穴少数载流子少数载流子电子电子多数载流子多数载流子杂质的影响杂质的影响(2)p型半导体型半导体 四价的本征半导体四价的本征半导体Si、e等，掺入少量三等，掺入少量三价的价的杂质杂质元素元素(如、如、Ga、n等等)形成空穴型半形成
4、空穴型半导体，称导体，称 p 型半导体。型半导体。量子力学表明，这种掺杂后多余的空穴的能级量子力学表明，这种掺杂后多余的空穴的能级在禁带中紧靠满带处，在禁带中紧靠满带处，ED10-2eV,极易产生空穴极易产生空穴导电。导电。该能级称该能级称受主能级。受主能级。杂质的影响杂质的影响空空 带带Ea满满 带带受主能级受主能级 P型半导体型半导体Eg在在p型半导体中型半导体中电子电子少数载流子少数载流子空穴空穴多数载流子多数载流子SiSiSiSiSiSiSiB+杂质的影响杂质的影响3.3.电阻率和温度的关系电阻率和温度的关系RT电阻与温度的关系电阻与温度的关系 导体的电阻率随导体的电阻率随温度的升高而
5、温度的升高而增大增大。金属金属 半导体的电阻率半导体的电阻率随温度的升高而急剧随温度的升高而急剧地地下降下降。由于半导体。由于半导体中的电子吸收能量后，中的电子吸收能量后，受激跃迁到导带的数受激跃迁到导带的数目增多。目增多。利用半导体的这种利用半导体的这种性质可以制成性质可以制成热敏电阻热敏电阻。半导体半导体4.4.半导体的光电导现象半导体的光电导现象 半导体在光照射下，电子吸收能量后，向半导体在光照射下，电子吸收能量后，向导带跃迁。导电能力会增大，这种现象又称为导带跃迁。导电能力会增大，这种现象又称为内光电效应内光电效应。利用半导体的光电导现象可以制成利用半导体的光电导现象可以制成光敏电阻光
6、敏电阻。5.5.p-np-n结结 使使p型半导体和型半导体和n型半导体相接触，或在本征型半导体相接触，或在本征半导体两端各掺入施主杂质和受主杂质，它们交半导体两端各掺入施主杂质和受主杂质，它们交界处的结构称为界处的结构称为p-n结结。P区区空穴多电子少，空穴多电子少，n区电子多空穴少，因此区电子多空穴少，因此p区中的空穴将向区中的空穴将向n区扩散，区扩散，n区的电子将向区的电子将向p区扩区扩散，在交界处形成正负电荷的积累层，在散，在交界处形成正负电荷的积累层，在p区的一区的一侧带负电，在侧带负电，在n区的一侧带正电，这一电偶层形成区的一侧带正电，这一电偶层形成的电场将遏止电子和空穴的继续扩散，
7、最后达到的电场将遏止电子和空穴的继续扩散，最后达到动态平衡。动态平衡。在在p-n结处形成一定的电势差结处形成一定的电势差 。0Up-n p-n 结结pnpn0UP-n结结0eUP-nP-n结的能带情况结的能带情况正向正向连接连接pn)(0UUe 当当p-n结正结正向连接时，外电向连接时，外电场方向与场方向与p-n结结中的电场方向相中的电场方向相反，结中电场减反，结中电场减弱，势垒降低，弱，势垒降低，扩散增强，形成扩散增强，形成正向电流。正向电流。p-n p-n 结结 当当p-n结反向连接结反向连接时，外电场方向与时，外电场方向与p-n结中的电场方向相同，结中的电场方向相同，结中电场增强，势垒结中电场增强，势垒升高，少数载流子在升高，少数载流子在电场作用下移动形成电场作用下移动形成反向电流。反向电流。np反向连接反向连接)(0UUe p-n p-n 结结P-nP-n结的伏安特性结的伏安特性UI P-n结具有单向导电性，在电路中可以起结具有单向导电性，在电路中可以起到整流作用。到整流作用。p-n p-n 结结P-nP-n结的伏安特性结的伏安特性UI P-n结具有单向导电性，在电路中可以起结具有单向导电性，在电路中可以起到整流作用。到整流作用。p-n p-n 结结
