半導(dǎo)體理論（第1部分）本征半導(dǎo)體

文章目錄

寫在前面

正文

獨(dú)立半導(dǎo)體原子

半導(dǎo)體晶體

電子分布

交個(gè)朋友

寫在前面

正文

我們首先討論本征半導(dǎo)體。硅，鍺和砷化鎵是半導(dǎo)體器件中使用的主要材料。硅和鍺是元素，并且是本征半導(dǎo)體。以純凈形式，硅和鍺沒有表現(xiàn)出實(shí)際固態(tài)設(shè)備所需的特性。

獨(dú)立半導(dǎo)體原子

硅和鍺是電中性的，即每個(gè)具有與質(zhì)子相同數(shù)量的軌道電子。他們既不帶正電也不帶負(fù)電。他們是中立的。硅和鍺都具有四個(gè)價(jià)帶電子，因此被稱為四價(jià)原子。這是半導(dǎo)體原子的重要特征。記住，我們有一個(gè)導(dǎo)體，我們討論了諸如金，銀，銅之類的東西，我們注意到它們的特性是它們只有一個(gè)價(jià)電子，因此它很容易移動(dòng)，這將支持電流。然后，我們查看了其他材料。我們稱其為絕緣體。這種材料是絕緣子的特性，它在價(jià)殼中具有八個(gè)電子，這使其非常穩(wěn)定，因此不會(huì)受到化學(xué)反應(yīng)的影響，例如玻璃，陶瓷。這些是在它們的外價(jià)殼中具有八個(gè)電子的材料。

現(xiàn)在我們處于半導(dǎo)體的主題上，半導(dǎo)體具有在其外價(jià)殼中具有四個(gè)電子的獨(dú)特特性。這將使它們適用于某些非常獨(dú)特的過程。從它們的基本形式來看，它們不合適，但是我們將能夠?qū)ζ溥M(jìn)行修改，以便我們可以對它們做很多事情。

注：Isolated Semiconductor Atoms 我該怎么翻譯呢？我理解為未摻雜的半導(dǎo)體原子。

半導(dǎo)體晶體

四價(jià)原子（例如硅，砷化鎵和鍺）結(jié)合在一起形成晶體或晶格。由于半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)，價(jià)電子在原子之間共享。價(jià)電子的這種共享稱為共價(jià)鍵。共價(jià)鍵使材料更難以將其電子移動(dòng)到導(dǎo)帶中。在這里，我們看到這種晶格結(jié)構(gòu)，是指四價(jià)原子。四價(jià)原子結(jié)合形成晶格。圖片顯示一維視圖。每個(gè)原子有四個(gè)價(jià)電子。在外環(huán)中，它們與其他原子共享四個(gè)原子，總共有八個(gè)價(jià)電子。這產(chǎn)生了非常穩(wěn)定的緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)。共享電子稱為共價(jià)鍵。這是硅原子之一，它的化合價(jià)殼中有四個(gè)電子。這里發(fā)生的是您看到它的外殼中有八個(gè)。之所以有八個(gè)，是因?yàn)樗c一個(gè)與其相鄰的原子共享一個(gè)原子。由于它旁邊有四個(gè)原子，因此它還有四個(gè)原子，這使得它的外價(jià)殼中有八個(gè)電子而不是四個(gè)。其中四個(gè)是共價(jià)鍵，因?yàn)樗鼈兪枪蚕黼娮印Ｈ缓螅?dāng)我們繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，我們可以在這里找到其他原子，發(fā)現(xiàn)所有這些原子都將擁有八個(gè)電子，除了位于最外邊緣的那些電子之外，否則它們將不具有擁有多余電子的優(yōu)勢。

電子分布

讓我們考慮兩個(gè)溫度下的電子分布。我們將考慮這些電子如何在絕對零和室溫下分布。絕對值為零時(shí)，電子處于最低能級(jí)。該材料充當(dāng)絕緣體，因?yàn)闆]有能量，也沒有電子流動(dòng)或移動(dòng)，并且在導(dǎo)帶中沒有電子。您會(huì)發(fā)現(xiàn)，這將是半導(dǎo)體的處理方式，因?yàn)檎堄涀。谙惹暗钠聊簧希覀儾榭戳嗽摻Y(jié)構(gòu)，并且看到該價(jià)殼中有八個(gè)電子。這是一個(gè)非常緊密的鍵結(jié)構(gòu)，但是在絕對零時(shí)沒有能量，因此這些電子之一可能變得自由并變成我們稱為導(dǎo)帶電子的可能性幾乎是不可能的，因?yàn)樵诮^對零時(shí)沒有多余的能量，它將保持在這種緊密綁定的狀態(tài)。

在室溫下，價(jià)電子吸收了足夠的能量以進(jìn)入導(dǎo)帶。在室溫下，價(jià)電子可以接收足夠的能量以脫離并移動(dòng)到導(dǎo)帶。在室溫下，這些電子會(huì)吸收能量，這些電子之一實(shí)際上可以移出該價(jià)帶并成為自由電子。

帶有共價(jià)鍵斷裂的原子，缺少電子。這一個(gè)在這里，這個(gè)在破碎，它在這里缺少電子。它們在電子所在的位置存在一個(gè)空穴。這是我們之前從未討論過的概念，但是在這里，我們擁有了一塊硅，即硅原子。它在這里有一個(gè)電子。該電子移出成為自由電子，而它所處的位置稱為空穴。那里什么都沒有。對于導(dǎo)帶中的每個(gè)電子，在價(jià)帶中都有一個(gè)空穴，它們被稱為電子-空穴對。 我們在這里將要提出的一個(gè)概念是，在純硅中，當(dāng)您擁有空穴時(shí)，您將擁有相等數(shù)量的自由電子。那是有道理的。

電子分布。隨著將更多的能量施加到半導(dǎo)體上，更多的電子將進(jìn)入導(dǎo)帶，電流將更容易流過該材料。因此，本征半導(dǎo)體材料的電阻隨著溫度的升高而降低。那是一件有趣的事。本征半導(dǎo)體材料的電阻隨著溫度的升高而降低。原因是熱量越多，自由電子越多。這稱為負(fù)溫度系數(shù)。隨著溫度升高，電阻降低。

到此結(jié)束我們對半導(dǎo)體的介紹，特別是對本征半導(dǎo)體器件的介紹。

注：這里的導(dǎo)帶的意思是脫離原子后的區(qū)域。

交個(gè)朋友

FPGA/IC技術(shù)交流2020

硬件開發(fā)

版權(quán)聲明：本文內(nèi)容由網(wǎng)絡(luò)用戶投稿，版權(quán)歸原作者所有，本站不擁有其著作權(quán)，亦不承擔(dān)相應(yīng)法律責(zé)任。如果您發(fā)現(xiàn)本站中有涉嫌抄襲或描述失實(shí)的內(nèi)容，請聯(lián)系我們jiasou666@gmail.com 處理，核實(shí)后本網(wǎng)站將在24小時(shí)內(nèi)刪除侵權(quán)內(nèi)容。