2.1 半导体的基本知识
2.1.1 半导体材料
2.1.2 半导体的共价键结构
2.1.3 本征半导体
2.1.4 杂质半导体半导体的导电机制半导体的基本知识
1,典型的半导体材料元素 硅（ Si）,锗（ Ge）
化合物 砷化镓（ GaAs）
掺杂元素或化合物 硼（ B）,磷（ P）
2.1.1 半导体材料
3,半导体有 温敏、光敏 和 掺杂 等导电特性。
根据物体导电能力，来划分导体和绝缘体。
导体 绝缘体导电能力用电阻率 (或电导率）来描述：
导体 ＜ 10-4Ωcm
绝缘体＞ 109Ωcm
2.1.1 半导体材料
2,导体、绝缘体和半导体的划分半导体
2.1.2 半导体的共价键结构（原子物理）
硅 14 — 1s2,2s2,2p6,3s2,3p2
锗 32 — 1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d10，
4s2,4p2
14
原子核电子价电子硅的原子结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
2.1.2 半导体的共价键结构晶体结构的说明
晶体与非晶体－原子结构排列是否有序
单晶与多晶－整块晶体的晶格取向是否一致半导体材料的原子形成有序的排列，
邻近原子之间由共价键连接，所以半导体是 共价晶体 。半导体器件必须用 单晶制造（晶体管）。
2.1.2 半导体的共价键结构
2.1.3 本征半导体
1,本征半导体 —— 化学成分纯净（ 99.99999％）
的半导体单晶体。须在单晶炉中提炼得到。
2,本征半导体的导电机制：
自由电子和空穴对 —— 热激发或光照使价电子获得挣脱共价键束缚的能量，成为自由电子，同时共价键中留下一个空穴。
（ 1）外电场使自由电子导电
（ 2）同时也使 相邻共价键中受束缚的价电子依次充填空穴，产生空穴的移动效果而导电
2.1.3 本征半导体
3,本征半导体导电能力 （量子力学）
2.1.3 本征半导体
（ 1）能带图,
价电子进入导带，必须具有能量克服禁带。
硅,1.1 eV
锗,0.7 eV
3,本征半导体导电能力 （量子力学）
2.1.3 本征半导体
（ 2）本征半导体载流子浓度 (T=300° K )和原子浓度：
硅,ni = pi =1.4× 1010/cm3 ； 4.96× 1022/cm3
锗,ni = pi =2.4× 1013/cm3 ； 4.42× 1022/cm3
温度升高，载流子浓度上升
受到光照，载流子浓度大于热平衡时的浓度
与原子密度相比，载流子浓度极小，本征半导体导电能力不强
4,导体、半导体与绝缘体 （量子力学）
2.1.3 本征半导体导体 半导体 绝缘体
2.1.4 杂质半导体
1,半导体的掺杂在本征半导体中人为掺入某些微量元素作为杂质，称为 杂质半导体。 在提炼单晶的过程中一起完成。
掺杂是为了 显著改变 半导体中的自由电子浓度或空穴浓度，以明显提高半导体的导电性能。
2,三价元素掺杂 —— P 型半导体在硅（锗）单晶中掺入少量三价元素硼，
或铝、铟、镓等，则三价元素原子在晶格中缺少一个价电子，从而造成一个空位
2.1.4 掺杂半导体
2.1.4 掺杂半导体
空位很容易俘获邻近四价原子的价电子，即在邻近产生一个空穴，空穴可以参与导电。
空位俘获电子后，使杂质原子成为 负离子。 三价杂质 因而也称为 受主杂质 。
负离子束缚于晶格中，不参与导电。
掺杂后 P 型半导体中的空穴浓度等于掺杂浓度，
例如 pp0 =5× 1016/cm3。有,pp0 ＞＞ ni ＞ np0
在 P 型半导体中 空穴是多数载流子,它主要由掺杂形成 ； 自由电子是少数载流子,它仍由热激发形成。
3,五价元素掺杂 —— N 型半导体在硅（锗）单晶中掺入少量五价元素磷，
或砷、锑等，
则五价元素原子在晶格中多余一个价电子
2.1.4 掺杂半导体
2.1.4 掺杂半导体
多余价电子容易成为自由电子，可以参与导电。
提供自由电子后的五价杂质原子因带正电荷而成为 正离子,因此五价杂质原子称为 施主杂质 。
正离子束缚于晶格中，不参与导电。
掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度等于掺杂浓度，例如 np0 =5× 1016/cm3。 因而有：
np0 ＞＞ pi ＞ pp0
在 N 型半导体中 自由电子是多数载流子,它主要由掺杂形成 ； 空穴 是少数载流子,它仍由热激发形成。
半导体材料－本征半导体结构－半导体掺杂
半导体的导电机制－自由电子、空穴
掺杂半导体－ N型半导体,P型半导体
多数载流子（多子）、少数载流子（少子）
本节中的有关概念
2.1.1 半导体材料
2.1.2 半导体的共价键结构
2.1.3 本征半导体
2.1.4 杂质半导体半导体的导电机制半导体的基本知识
1,典型的半导体材料元素 硅（ Si）,锗（ Ge）
化合物 砷化镓（ GaAs）
掺杂元素或化合物 硼（ B）,磷（ P）
2.1.1 半导体材料
3,半导体有 温敏、光敏 和 掺杂 等导电特性。
根据物体导电能力，来划分导体和绝缘体。
导体 绝缘体导电能力用电阻率 (或电导率）来描述：
导体 ＜ 10-4Ωcm
绝缘体＞ 109Ωcm
2.1.1 半导体材料
2,导体、绝缘体和半导体的划分半导体
2.1.2 半导体的共价键结构（原子物理）
硅 14 — 1s2,2s2,2p6,3s2,3p2
锗 32 — 1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d10，
4s2,4p2
14
原子核电子价电子硅的原子结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
2.1.2 半导体的共价键结构晶体结构的说明
晶体与非晶体－原子结构排列是否有序
单晶与多晶－整块晶体的晶格取向是否一致半导体材料的原子形成有序的排列，
邻近原子之间由共价键连接，所以半导体是 共价晶体 。半导体器件必须用 单晶制造（晶体管）。
2.1.2 半导体的共价键结构
2.1.3 本征半导体
1,本征半导体 —— 化学成分纯净（ 99.99999％）
的半导体单晶体。须在单晶炉中提炼得到。
2,本征半导体的导电机制：
自由电子和空穴对 —— 热激发或光照使价电子获得挣脱共价键束缚的能量，成为自由电子，同时共价键中留下一个空穴。
（ 1）外电场使自由电子导电
（ 2）同时也使 相邻共价键中受束缚的价电子依次充填空穴，产生空穴的移动效果而导电
2.1.3 本征半导体
3,本征半导体导电能力 （量子力学）
2.1.3 本征半导体
（ 1）能带图,
价电子进入导带，必须具有能量克服禁带。
硅,1.1 eV
锗,0.7 eV
3,本征半导体导电能力 （量子力学）
2.1.3 本征半导体
（ 2）本征半导体载流子浓度 (T=300° K )和原子浓度：
硅,ni = pi =1.4× 1010/cm3 ； 4.96× 1022/cm3
锗,ni = pi =2.4× 1013/cm3 ； 4.42× 1022/cm3
温度升高，载流子浓度上升
受到光照，载流子浓度大于热平衡时的浓度
与原子密度相比，载流子浓度极小，本征半导体导电能力不强
4,导体、半导体与绝缘体 （量子力学）
2.1.3 本征半导体导体 半导体 绝缘体
2.1.4 杂质半导体
1,半导体的掺杂在本征半导体中人为掺入某些微量元素作为杂质，称为 杂质半导体。 在提炼单晶的过程中一起完成。
掺杂是为了 显著改变 半导体中的自由电子浓度或空穴浓度，以明显提高半导体的导电性能。
2,三价元素掺杂 —— P 型半导体在硅（锗）单晶中掺入少量三价元素硼，
或铝、铟、镓等，则三价元素原子在晶格中缺少一个价电子，从而造成一个空位
2.1.4 掺杂半导体
2.1.4 掺杂半导体
空位很容易俘获邻近四价原子的价电子，即在邻近产生一个空穴，空穴可以参与导电。
空位俘获电子后，使杂质原子成为 负离子。 三价杂质 因而也称为 受主杂质 。
负离子束缚于晶格中，不参与导电。
掺杂后 P 型半导体中的空穴浓度等于掺杂浓度，
例如 pp0 =5× 1016/cm3。有,pp0 ＞＞ ni ＞ np0
在 P 型半导体中 空穴是多数载流子,它主要由掺杂形成 ； 自由电子是少数载流子,它仍由热激发形成。
3,五价元素掺杂 —— N 型半导体在硅（锗）单晶中掺入少量五价元素磷，
或砷、锑等，
则五价元素原子在晶格中多余一个价电子
2.1.4 掺杂半导体
2.1.4 掺杂半导体
多余价电子容易成为自由电子，可以参与导电。
提供自由电子后的五价杂质原子因带正电荷而成为 正离子,因此五价杂质原子称为 施主杂质 。
正离子束缚于晶格中，不参与导电。
掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度等于掺杂浓度，例如 np0 =5× 1016/cm3。 因而有：
np0 ＞＞ pi ＞ pp0
在 N 型半导体中 自由电子是多数载流子,它主要由掺杂形成 ； 空穴 是少数载流子,它仍由热激发形成。
半导体材料－本征半导体结构－半导体掺杂
半导体的导电机制－自由电子、空穴
掺杂半导体－ N型半导体,P型半导体
多数载流子（多子）、少数载流子（少子）
本节中的有关概念
