(一)本征半導(dǎo)體與摻雜半導(dǎo)體
本征半導(dǎo)體即純凈半導(dǎo)體。
純半導(dǎo)體的電阻既不是零,也不是無窮大,故用半導(dǎo)體制作的所有元件和器件通電都會發(fā)熱,這也是CPU等電子器件發(fā)熱的原因。
純半導(dǎo)體受到光照、或環(huán)境溫度較高、或外加電壓不同時(shí),電阻不同,故不能當(dāng)做恒定電阻使用。
之所以純半導(dǎo)體電阻不恒定,是因?yàn)槠鋬?nèi)部存在本征激發(fā)現(xiàn)象。本征激發(fā)成對產(chǎn)生自由電子和空穴。當(dāng)外加電壓時(shí),自由電子和空穴均可移動,從而形成電流。
溫度越高,光照越強(qiáng),自由電子和空穴就越多,在同樣的外加電壓下,電流就越大,即電阻越小。
使用半導(dǎo)體制作的器件都要考慮散熱條件,否則半導(dǎo)體器件通電發(fā)熱。而溫度越高,本征激發(fā)越強(qiáng),電流更大,形成惡性循環(huán),最終燒壞器件。
當(dāng)純凈半導(dǎo)體中分別摻入三價(jià)和五價(jià)元素時(shí),形成P型摻雜半導(dǎo)體和N型摻雜半導(dǎo)體。其中P型半導(dǎo)體中帶正電的空穴數(shù)量遠(yuǎn)多于帶負(fù)電的自由電子,而N型半導(dǎo)體中自由電子數(shù)目遠(yuǎn)多于空穴數(shù)量。
P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體與純凈半導(dǎo)體相比,在同樣的外加電壓下,電流更大,即電阻更小,稱為大大提高了導(dǎo)電能力。
單純摻雜形成的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體,雖然提高了導(dǎo)電能力,但用處并不大。
(二)PN結(jié)
當(dāng)在同一塊半導(dǎo)體基片的不同區(qū)域上分別摻入三價(jià)和五價(jià)元素分別形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體時(shí),在其交界處形成一個(gè)特殊的區(qū)域,這個(gè)區(qū)域中并無可以移動形成電流的自由電子和空穴,而只有不能移動的正負(fù)離子,從而形成內(nèi)電場。
這個(gè)內(nèi)電場的形式是由于兩側(cè)的濃度差造成多子的擴(kuò)散(實(shí)際上是異性相吸),從而在交界處復(fù)合,成對消失,使得交界處沒有可移動的載流子,只有不能移動的雜質(zhì)離子。
內(nèi)電場形成后在同性相斥異性相吸的作用下,這個(gè)內(nèi)電場在阻礙多子擴(kuò)散的同時(shí),也吸引對方的少子向己方漂移。少子的漂移運(yùn)動與多子的擴(kuò)散運(yùn)動方向相反,使得內(nèi)電場寬度固定。
內(nèi)電場也可稱為空間電荷區(qū),阻擋層、耗盡層,但更多的是稱為PN結(jié)。
(三)PN結(jié)的導(dǎo)電特性
1、 當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓,即P區(qū)接外電場的+極性端,N區(qū)接外電場的-極性端時(shí),外電壓推動多子向?qū)Ψ揭苿?,PN結(jié)將變窄。外電壓越大,PN結(jié)越窄。若PN結(jié)沒有消失則沒有電荷能穿越PN結(jié),從而沒有電流。
當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓足夠高時(shí),PN結(jié)消失,兩側(cè)的電荷在交界處不斷復(fù)合,而外電壓源源不斷地提供正負(fù)電荷,從而形成電流,此種狀態(tài)稱為PN結(jié)導(dǎo)通。
2、當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí),即P區(qū)接外電場的-極性端,而N區(qū)接外電場的+極性端,外電場吸引多子向外移動,PN結(jié)變寬,內(nèi)電場增強(qiáng)。
增強(qiáng)的內(nèi)電場將吸引更多的少子漂移過PN結(jié),形成少子電流。但因?yàn)樯僮咏^對數(shù)量極小,故此電流約為0A,故簡稱為PN結(jié)反偏時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。截止相當(dāng)于開路,電流為零。
需要強(qiáng)調(diào)的是,由于少子完全來自于本征激發(fā),故溫度升高則電流變大。用鍺(Ge)制作的PN結(jié)反偏時(shí)隨溫度而增大的電流遠(yuǎn)大于用硅(Si)制作的PN結(jié)反偏時(shí)隨溫度而增大的電流,故用硅制作的半導(dǎo)體器件更多。
PN結(jié)外加正向電壓導(dǎo)通,有大電流,而外加反向電壓時(shí)截止,電流為零。這一特性稱為單向?qū)щ娞匦浴?/p>
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