本帖最后由 空速星痕001 于 2022-10-10 15:45 编辑
第一章 1.1 常用半导体器件
一、半导体基础知识
1.1 半导体概念
半导体：导电性能界于导体与绝缘体之间。
本征半导体：是一种纯净的半导体，具有晶体结构的半导体。
1.2本征半导体的晶体结构
Si原子的四个价电子与相邻的Si原子的四个价电子共同组成共价键。
这些价电子被共价键束缚，需要摆脱共价键的束缚成为自由电子，才能够导电。
1.3 载流子
本征激发产生的自由电子、空穴称为载流子。
1.3.1 本征激发
本征激发包含三部分内容 ：热运动 、自由电子、空穴。
热运动：若粒子所处环境不在绝对零度，会产生热运动。
自由电子：在热运动作用下，价电子可能逃跃共价键的束缚，成为自由电子。
空穴：电子脱离共价键成为自由电子后，在原来共价键位置留下一个空穴。
1.3.2 自由电子
在摆脱共价键的束缚后，自由电子便能够导电，但是由于数量较少，导电性能较弱。
1.3.3 空穴
价电子（共价键中的电子）在电场的作用下发生移动，填补空穴，而原位置又多了一个空穴。从而，空穴的位置不断地发生相对移动，因此空穴也能够导电。
1.4 复合 → 本征激发的逆过程
自由电子在脱离空穴后运动的过程中，可能会回到空穴。此时，空穴被填补，同时自由电子重新被共价键束缚，这一对载流子就失效了。
1.5 载流子的浓度 → 决定本征半导体的导电能力
由于是热运动，因此随着温度的升高，本征激发的速率加快，从而导致了更多的自由电子以及空穴的出现。因此，载流子浓度也逐渐增大（导电能力增加），同时，复合的速率也随之增加。在一定温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。
1.6 杂质半导体
1.6.1 概念
本征激发产生的载流子数量较少，无法为半导体带来较好的导电能力。而加热同样无法无限提升半导体的导电能力，因此需要通过其他方式提高其导电能力。因此利用本征半导体的可掺杂性提高其导电能力。
在本征半导体中惨入少量的杂质元素，通过这种办法造出载流子。
少量：掺入少量杂质元素，不会改变晶格结构，依旧是以四价元素为主。
1.6.2 N型半导体 → negative 负电
在Si原子中参入少量五价的磷（P），其为五价元素，外围空间存在五个电子。其中四个电子与Si原子的电子组成共价键，另外一个成为自由电子。（此时固定在晶格里的P成为带正电的磷离子，不导电）
因此，此时自由电子的浓度极高（甚至上百万倍），称为多子（主要导电载流子）；空穴，则称为少子。
（1）多子：受温度影响极小，因此多子数量极多；
（2）少子：受温度影响极大。
（3）施主原子：磷为半导体供应的载流子，自身带正电。
因此，在N型半导体中，多子由掺杂浓度决定，温度影响小；少子由本征激发决定，温度影响大。
在半导体中，与少子相关的特性，受温度影响较大。
1.6.3 P型半导体 → positive 正电 在Si原子中参入少量三价的硼，其为三价元素，外围空间存在三个电子。三个电子与Si的外围电子组合成为共价键，Si剩余的一个共价键作为空穴存在。 其中，空穴为多子，自由电子为少子。
1.6.4 为什么不参加6价元素？ 在单晶硅里，如果掺杂的是5价元素外围有5个电子，4个成键就剩1个电子不成键，所以那个成不了键的孤独的电子会比较愿意跑出去，用术语说就是电离能量比较低，所以容易5价元素掺杂容易是导带附近的浅能级。6价元素的话4个成键，剩下2个电子或许还能搭个伴，成双对的电子不那么愿意跑出去，术语说就是电离能量相对较高，一般是导带附近的深能级。
1.7 PN结 1.7.1 扩散运动 粒子总是从浓度高的位置向浓度低的方向运动。
当P型与N型放一起时，P型中空穴不断朝低浓度N区移动，N型自由电子向P区移动，在中间相遇，互相结合形成中间电荷区。磷正价离子与硼负价离子形成一个电场，阻碍碰撞的继续。
其中，空间电荷区又称为：耗尽层、阻挡层以及PN结
1.7.2 势垒 （1）扩散运动
自由电子与空穴的扩散运动仍然在进行，但是由于势垒的存在，大部分无法越过势垒进入高浓度区域，但是也会有少部分能够翻过势垒。
当没有逆向运动时，只要时间足够，扩散运动必定持续进行。
（2）漂移运动
在电场力的作用下，P区少子（自由电子）能够很快地进入N区。
N区的少子（空穴）也受电场力影响。
1.8 对称结 当P区、N区掺杂浓度相同时，PN结中正离子区和负离子区的宽度也一样。
1.9 不对称结 当P区、N区掺杂浓度不同时，浓度高的一边PN结宽度变窄。
因为浓度高向浓度低扩散，浓度越高，扩散地越多，对面的PN结也就越宽。
二、 PN结的单向导电性 2.1 加正向电压 最开始只发现了正电荷，因此规定电流移动的方向为正电荷移动的方向。而实际上造成金属导体中的电流是由于负电荷（自由电子）的定向移动（电流的反方向）。
电场方向与电流方向、电压方向都相同。电场方向总是从正极指向负极。
外电场削弱了内电场的作用，导致势垒极大下降，扩散运动重新得以恢复，电流迅速增大。因此，在电路中加一个R电阻，起限流作用。
PN结：因此正向电压为P指向N
2.2 加反向电压 PN结加反向电压时，外电场与内电场方向相同，势垒不断加高，扩散运动被阻碍，此时PN结为截止状态。 此时，漂移运动被加强，但漂移运动为少子的运动，电流极小可以忽略不计。同时，由于其主要受少子影响，因此温度对其的影响极大。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_41305281/article/details/125381226
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