目录

一、本征半导体

1.1、本征半导体中的两种载流子

二、杂质半导体

2.1 N型半导体

2.2 P型半导体

三、PN结

3.1 PN结的形成

3.2 PN结的单向导电性

四、PN结电容效应

4.1  势垒效应

4.2  扩散电容

五、问题

        导电性介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。

        导体——铁，铝等金属低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。

        绝缘体——惰性气体，橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。

        半导体——硅(SI)，锗（读音zhe）(Ge)均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核束缚力介于导体和绝缘体之间。

        本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。（无杂质，结构的稳定）

        由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子。自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴。自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。

        在一定的温度下，自由电子和空穴的浓度是一样的（动态平衡）。环境温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子和空穴的浓度越大。

        运载电荷的粒子称为载流子。那么半导体两种载流子就是自由电子和空穴。

        在外电场的作用下，自由电子和空穴会随着电场力移动。自由电子的运动很好理解，那么空穴是怎么移动的呢，由于电场力，自由电子会依次的递补空穴，  空穴的运动和自由电子运动方向是相反的。因此，外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数量很少，其导电性很差。

         随着温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性能增强。热力学温度0K时不导电。

        要想改变半导体导电性能，光靠改变温度，让电子脱离共价键成为自由电子，从而提供导电性是远远不够的，还要人为打破这种平衡。可以加入其他元素，使得自由电子或者空穴可以人为控制，使得导电性可控。

         N型半导体是在本征半导体的基础上，利用扩散工艺，把里面的硅元素或者锗元素用一个5价元素替换，使得5价元素的5个电子除了与周围元素形成共价键之外，还多出来一个电子，这个电子几乎就是自由的。 

        此时，自由电子和空穴就不是一个平衡的关系，此时自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 

        杂质半导体主要靠多数载流子导电，掺入杂质越多，多数载流子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。

        P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强。

        物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体，液体，固体都有。

        由于 扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N区运动。因电场作用所产生的运动称为漂移运动。扩散运动和漂移运动方向相反，参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到运动平衡，就形成PN结。

        PN结加正向电压导通。耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外加电源的作用，形成扩散运动，PN结处于导通状态。

         PN结加反向电压截止。耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似为截止。

        PN结外加电压变化时，空间电荷区的带宽将发生变化，有电荷的累计和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容.

        PN结外加电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容.

        结电容：,结电容不是常数，若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性。

1、为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能。

        因为半导体导电性能可控，比如在数字电路中0,1电平，就可以通过二极管来产生。

2、为什么半导体器件的温度稳定性差？是多数载流子还是少数载流子影响温度稳定性的主要因素？

        因为随着温度的变化，分子热运动也会随着变化，导致载流子的浓度也会发生变化。温度越高，热运动越剧烈，载流子浓度越高，导电性能越好。

        但是随着温度增加，少数载流子浓度变化更快，所以影响温度稳定性的主要因素是少数载流子。

3、为什么半导体器件有最高的工作频率？

        因为半导体有PN结电容效应，电容的充放电是有最高频率要求的。所以半导体器件有最高的工作频率。