《大学物理》PPT参考资料：第八章 固体的能带结构 §8.5 半导体的导电机构 §8.6 P-N结

§8.5半导体的导电机构 本征半导体( semiconductor) 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。 介绍两个概念: 1.电子导电.,半导体的载流子是电子 在外电场的作用下,满带上的电子获得能量, 越过禁带,跃迁到空带上去。这些跃迁到空带 上去的电子在半导体中逆着电场方向集体定向 流动而形成电流,这称为电子导电

1 §8.5 半导体的导电机构 一. 本征半导体（semiconductor） 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。 介绍两个概念： 1. 电子导电……半导体的载流子是电子 在外电场的作用下，满带上的电子获得能量， 越过禁带，跃迁到空带上去。这些跃迁到空带 上去的电子在半导体中逆着电场方向集体定向 流动而形成电流，这称为电子导电

2.空穴导电.,半导体的载流子是空穴 当满带上的一个电子跃迁到空带后,满带中出现 个空位。 在满带上这空位下面能级上的电子,又可以跃迁 到这空位上来而在自己原来的位置上又留下一个 空位;在满带上这新空位下面能级上的电子,又 可以跃迁到这空位上来而在自己原来的位置上 又留下一个空位 这相当于满带上空位向下跃迁。 好象有带正电的粒子向下跃迁,顺着电场方向集 体定向流动。我们常常把满带上空位向下跃迁 相应的电流称为空穴导电。 2

2 2. 空穴导电……半导体的载流子是空穴 当满带上的一个电子跃迁到空带后,满带中出现 一个空位。 在满带上这空位下面能级上的电子，又可以跃迁 到这空位上来,而在自己原来的位置上又留下一个 空位；在满带上这新空位下面能级上的电子，又 可以跃迁到这空位上来,而在自己原来的位置上 又留下一个空位；------ 这相当于满带上空位向下跃迁。 好象有带正电的粒子向下跃迁，顺着电场方向集 体定向流动 。我们常常把满带上空位向下跃迁 相应的电流称为空穴导电

电子和空穴总是 成对出现的。 空带 所以, 本征半导体中 既有 △E 电子导电, 又有空穴导电 思考:为什么。。。。。满带 半导体的电阻 随温度升高而 降低?

3 空带 满带  Eg 电子和空穴总是 成对出现的。 所以， 本征半导体中 既有 电子导电， 又有空穴导电。 思考：为什么 半导体的电阻 随温度升高而 降低？

例.半导体CdS 空带 ∧→ ∠E=2.42eV 满带

4 例. 半导体 Cd S 满 带 空 带 h Eg=2.42eV

上例中,对半导体CdS,能激发电子的光波 波长最大多长? [解] hc AEm=hv= c g 6.63×10-34J.s×3×108m/s 2,42eV×1.6×10-1C =514nm

5 nm . eV . C . J s m / s E hc g max 514 2 42 1 6 10 6 63 10 3 10 1 9 3 4 8 =       = = − −   解    hc Eg = h = 上例中, 对半导体 Cd S，能激发电子的光波 波长最大多长？

二.杂质半导体 1.n型半导体 四价的本征半导体S、Ge等,掺入少量 五价的杂质( impurity)元素(如P、As 等)形成电子型半导体称n型半导体 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,ΔED~10-2eV, 极易形成电子导电。 该能级称为施主( donor)能级

6 二. 杂质半导体 1. n型半导体 四价的本征半导体Si、Ｇｅ等，掺入少量 五价的杂质（impurity）元素（如P、As 等）形成电子型半导体,称n 型半导体。 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, ED ～10-2eV， 极易形成电子导电。 该能级称为施主（donor）能级

n型半导体 Sill Si SillS △E D 空带 Si Sil 施主能级 △E S 满带 在n型半导体中 电子…多数载流子 空穴…少数载流子

7 n 型半导体 在 n 型半导体中 电子……多数载流子 空 带 满 带 施主能级 ED Eg Si Si Si Si Si Si Si P 空穴……少数载流子

2.p型半导体 四价的本征半导体Si、Ge等,掺入少量 价的杂质元素(如B、Ga、In等) 形成空穴型半导体,称p型半导体。 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,△E~10-2eV, 极易产生空穴导电。 该能级称受主( acceptor)能级

8 2.ｐ型半导体 四价的本征半导体Si、Ge等，掺入少量 三价的杂质元素（如 B、Ga、In等） 形成空穴型半导体，称 p 型半导体。 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，ED ～10-2eV， 极易产生空穴导电。 该能级称受主（acceptor）能级

P型半导体 S 空带 Si Si △E 受主能级 8 Si 满带 △E 在p型半导体中 空穴…多数载流子 电子.少数载流子

9 空 带 Ea 满 带 受主能级 P型半导体 Si Si Si Si Si Si Si + B Eg 在p型半导体中 空穴……多数载流子 电子……少数载流子

3.n型化合物半导体 例如,化合物GaAs中掺Te,六价的Te 替代五价的As可形成施主能级, 成为n型GaAs杂质半导体 4.p型化合物半导体 例如,化合物GaAs中掺Zn,二价的Zn 替代三价的Ga可形成受主能级, 成为p型GaAs杂质半导体

10 3. n型化合物半导体 例如，化合物GaAs中掺 Te，六价的 Te 替代五价的As可形成施主能级， 成为n型 GaAs杂质半导体。 4.ｐ型化合物半导体 例如，化合物 GaAs中掺Zn，二价的Zn 替代三价的 Ga可形成受主能级， 成为p型 GaAs杂质半导体