Awen

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(原创)半导体的基本概念

2020-11-25 15:33:20 显示全部楼层
半导体,我们都不陌生,几乎在电子行业,每天都会遇到半导体,今天就跟大家一起来探讨下半导体这个概念,

首先需要讲下导体的概念

从原子结构可以判断出,铜是良导体。铜原子核中包含有29个质子(带正电荷)像行星环绕太阳一样环绕着原子核运动,电子位于不同的轨道上,两个电子在第一轨道,8个电子在第二轨道,18个电子在第三轨道,1个电子在最外层的轨道。

带正电的原子核吸引环绕它运动的电子,而这些电子没有被拉进原子核的原因在于其圆周运动产生的向外的离心力,该离心力恰好等于原子核对电子的吸引力,因此轨道是稳定的。电子轨道越大,来自原子核的吸引力就越小,在较大的轨道上,电子运动的速度较慢,产生的离心力也相对较小。

对于电子来说,最外层轨道最重要,称为价带轨道,它决定了原子的电特性,为了强调价带轨道的重要性,将原子核与所有的内层轨道定义为原子的核心,

自由电子,由于核心和价电子之间的吸引力很弱,外力轻易的使这个电子脱离铜原子,这种价电子经常称为自由电子,也是铜成为良导体的原因,最好的导体是银,铜和金

半导体

最好的导体是(银、铜和金)只有一个价电子,而最好的绝缘体有8个价电子,半导体是电学特性介于导体和绝缘体之间的元素,最好的半导体具有4个价电子。



锗是半导体的一种,它的价带轨道中有4个电子,在早期半导体器件制作中,锗是唯一一种适合的材料,然而锗器件存在无法克服的致命缺陷,反向电流过大。



硅是地球上除氧以外含量最丰富的元素,早期硅的提纯度约束它的应用,现在已经不存在硅提纯的问题,现在硅也是半导体材料的首选,没有硅,就没有现代电子、通信和计算机。

其实还有一个常见的半导体元素是碳,主要是用来制作电阻。

空穴

电子的离开使得原来的价带轨道上留下了一个空缺,称为空穴,空穴表现出为正电荷特性,会吸引并捕获其周边出现的电子,空穴的存在是导体与半导体的本质区别,空穴使得半导体可以实现导体无法实现的功能。

在纯净的硅晶体中,热能激发产生相同数目的自由电子和空穴,自由电子在晶体中随机移动,有时会接近某个空穴,被它吸引并陷入其中,复合指的是自由电子和空穴的结合,一个自由电子从产生到消失的这段时间被称为它的寿命,由于晶体纯度等因素的影响,寿命可以从几纳秒到几微秒不等。

温度升高会使原子的振动更加剧烈,这意味着有更多的额自由电子和空穴被激发,但在任何温度下,纯净的硅晶体中总是含有等量的自由电子和空穴。

本征半导体

本征半导体是指纯净的半导体,如果晶体中的每个原子都是硅原子,那么这个硅晶体就是本征半导体,在室温下,硅晶体具有电绝缘特性,因为热能激发产生的自由电子和空穴数量很少。

非本征半导体

提高半导体的导电性能的方法之一就是掺杂,掺杂是指在本征半导体中掺入杂质原子从而改变其电导率,经过掺杂的半导体称为非本征半导体。

n型半导体

掺入5价杂质的半导体称为n型半导体,n型半导体中的自由电子数量比空穴的多,自由电子称作为多数载流子,而空穴称作少数载流子。

p型半导体
掺入3价杂质的半导体称为p型半导体,p型半导体中的自由电子数量比空穴的少,空穴称作为多数载流子,而自由电子称作少数载流子。
单独的n型半导体和p型半导体用途类似于碳电阻,然而对半导体进行掺杂后,使得晶体一半呈p型,另一半呈n型,便产生新的性能,p型半导体和n型半导体的交界处叫做pn结,二极管、晶体管和集成电路的发明都是来源pn结,只要理解了pn结,就理解了所有类型的半导体器件。
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T.b.K

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Awen

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Awen 2020-11-27 16:43:29 显示全部楼层
T.b.K 发表于 2020-11-27 11:26
第三代半导体也需要学习一下了

是呀,第三代是后续的主打了
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