1、物質(zhì)的分類
按照導(dǎo)電能力的大小可以分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。導(dǎo)電能力用電阻率衡量。
具有良好導(dǎo)電性能的物質(zhì),如銅、鐵、鋁 電阻率一般小于10-4Ω•cm
導(dǎo)電能力很差或不導(dǎo)電的物質(zhì),如玻璃、陶瓷、塑料。
電阻率在108Ω•cm以上
導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì),如鍺、硅。
純凈的半導(dǎo)體硅的電阻率約為241000Ω•cm
2、半導(dǎo)體的特性
與導(dǎo)體、絕緣體相比,半導(dǎo)體具有三個顯著特點:
(1)電阻率的大小受雜質(zhì)含量多少的影響極大,如硅中只要摻入百萬分之一的雜質(zhì)硼,硅的電阻率就會從241000Ω•cm下降到0.4Ω•cm,變化了50多萬倍;
(2)電阻率受環(huán)境溫度的影響很大。
例如:溫度每升高8℃時,純凈硅的電阻率就會降低一半左右;金屬每升高10℃時,電阻率只增加4%左右。
熱敏電阻:正溫度系數(shù)—隨著溫度的升高,電阻阻值增加 。
負溫度系數(shù)―隨著溫度的升高,電阻阻值減小 。
(3)光線的照射也會明顯地影響半導(dǎo)體地導(dǎo)電性能。 光敏電阻
3、半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)
半導(dǎo)體材料鍺和硅都是四價元素,它們原子核外層有四個價電子。正常情況下電子受原子核的束縛,不能任意移動,所以導(dǎo)電性能差。因為物體的導(dǎo)電是靠帶電荷的粒子定向移動來實現(xiàn)的。
當(dāng)向半導(dǎo)體內(nèi)摻入雜質(zhì)后,晶體內(nèi)部原有的平衡被打破,當(dāng)摻入硼原子時,它外層原有的三個價電子和周圍的硅原子中的價電子形成“共價鍵”。這時硅原子不再呈電中性,好像失去了一個帶負電的價電子,留下空位,稱它為“空穴”。由于空穴有接收電子的性質(zhì),相當(dāng)于一個正電荷。當(dāng)摻入磷原子,它外層有五個價電子,形成共價鍵時就多出了一個價電子。此電子可以自由參加導(dǎo)電。把半導(dǎo)體中載運電荷的粒子稱為載流子,帶負電的自由電子和帶正電的空穴都是半導(dǎo)體中的載流子。在摻雜的半導(dǎo)體中電子和空穴的數(shù)目是不相等的,這就有多數(shù)載流子和少數(shù)載流子之分。
―在電場作用下,能作定向運動的粒子。
在半導(dǎo)體中,載流子有兩種:自由電子和空穴。
4、本征半導(dǎo)體
完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。(純凈度 99.99999%)
5、雜質(zhì)半導(dǎo)體
在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì),就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。這種半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。
根據(jù)所摻雜質(zhì)的不同,分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體 。
(1)P型半導(dǎo)體:在本征半導(dǎo)體中摻入適量三價元素(硼、鋁),形成空穴型(P型)半導(dǎo)體。它的導(dǎo)電能力大大高于本征半導(dǎo)體。
(主要導(dǎo)電的載粒子):空穴。
自由電子(熱激發(fā)形成)。
(2)N型半導(dǎo)體:在本征半導(dǎo)體中摻入適量五價元素(磷、銻),形成自由電子型(N型)半導(dǎo)體。
(主要導(dǎo)電的載粒子):自由電子。
空穴(熱激發(fā)形成)。
在兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體中,多子是主要導(dǎo)電媒介,數(shù)量取決于雜質(zhì)含量;少子是本征激發(fā)產(chǎn)生的,數(shù)量取決于環(huán)境溫度。雖然雜質(zhì)半導(dǎo)體含有數(shù)量不同的兩種載流子,但整體上電量平衡,對外不顯電性。