電子線路中的關鍵器件如二極體、三極體、場效電晶體、積體電路等都是由半導體材料製成的，要分析上述器件的工作原理，必須對半導體材料的導電特性應有所了解。
1、 什麼是半導體
物質如按導電性能分可分為
（1） 導體： 電阻率ρ很小；
（2） 絕緣體：電阻率ρ很大；
（3） 半導體：電阻率ρ不大不小，10-3～109ωcm 。
常見的有：矽（si）、鍺（ge）、砷化鎵（gaas）等。
2、 半導體獨特的導電特性
（1） 受溫度（t）的影響大；t↑→ρ↓，熱穩定性差，但也可做熱敏元件
（2） 受光照的影響大；
（3） 摻雜對導電性能影響大。
例：室溫，純淨的矽，ρ= 2*103ωcm ，如摻百萬分之一（10-6）的磷（p），純度還有99.9999%（6個9），則ρ= 4*10-3ωcm 。
1.1.1、本徵半導體
1、什麼是本徵半導體：純淨的(9個9以上)，晶格整齊無缺陷的單晶半導體。
2、本徵半導體晶格結構
（1）半導體原子結構
慣性核價電子
（2）晶格結構（p3 圖1-1-2）
每個價電子與相鄰原子的價電子組成共價鍵。通過共價鍵使所有的原子結合成乙個晶體。
3、 本徵激發
（1） 當t=0k（絕對零度）時，所有價電子都束縛在共價鍵中，不能成為自由電子，晶體相當絕緣體。
（2） 當t>0k 或光照時，部分價電子獲得額外能量，擺脫共價鍵束縛變為自由電子，並在共價鍵中留下乙個缺少負電荷的空位（空穴）。這過程就叫本徵激發。
（a） 本徵激發時，自由電子和空穴是成對出現，叫自由電子空穴對；
（b） 空穴是帶正電的，因為原子是電中性的；
（c） 空穴可以運動：鄰近共價鍵中的價電子填補空穴。
（d） 溫度越高，產生的自由電子空穴對就越多。
4、 載流子： 可以運動的帶電粒子。
半導體中自由電子和空穴都是載流子。
5、 復合： 自由電子填補空穴。
自由電子和空穴成對消失。自由電子和空穴濃度越大，復合的機率就越大。
6、 熱平衡載流子濃度
熱平衡：在一定溫度下，自由電子空穴對的產生與復合達到了動態平衡（單位時間有多少自由電子空穴對產生出來同時也有同等數量的自由電子空穴對復合掉）就叫熱平衡。這時自由電子空穴對的濃度（單位體積粒子數）即熱平衡熱平衡載流子濃度保持不變。
當溫度t↑時，↑↑
常溫下，是很小的。例：矽在室溫t=300k時，。而矽的原子密度為，即每3萬億個矽原子只有1個價電子被本徵激發。
1.1.2、雜質半導體
在本徵半導體中摻進一定量的雜質元素
1、n型半導體（在單晶矽中摻進5價元素，
如磷p） p5圖1-1-4
磷原子替代矽原子，晶格結構不變。磷的第5個價電子沒有受到共價鍵的束縛，在常溫下都成為自由電子。（共價鍵中的價電子要受激發成為自由電子需要1.
1ev的能量，而磷的第5個價電子受激發成為自由電子只需要0.04ev的能量）。
（1） 摻雜只產生自由電子不產生空穴；
（2） 磷原子變為正離子（雜質離子），但因固定在晶格中所以不參與導電；
（3） 當摻雜濃度》 熱平衡本徵載流子濃度時，n型半導體中自由電子的熱平衡濃度摻雜濃度；
幾個數量級：矽原子密度：；；常溫時）
（4） n型半導體中空穴的熱平衡濃度
由半導體的熱平衡條件：，可得
，一般，
定性解釋：由於，所以空穴被復合的機率，
（5） 電中性條件：，其中為正離子濃度
（6） n型半導體中，自由電子是多數載流子，簡稱多子；空穴是少數載流子，簡稱少子。當溫度t時，多子濃度基本不變；而少子濃度由於，所以
（7） 5價雜質又稱施主雜質，也叫n型雜質。
2、p型半導體（在單晶矽中摻進3價雜質元素如硼b） p5圖1-1-5
3價雜質只有3個價電子，共價鍵缺少1個價電子而出現乙個空位，鄰近共價鍵的價電子很容易去填補空位，在價電子原來位置就形成空穴，同時雜質原子也變為負離子。
（1）摻雜只產生空穴不產生自由電子；
（2）硼原子變為負離子（雜質離子），但因固定在晶格中所以不參與導電。
（3）當摻雜濃度》 熱平衡本徵載流子濃度時，p型半導體中空穴的熱平衡濃度摻雜濃度
（4）p型半導體中自由電子的熱平衡濃度
由半導體的熱平衡條件：，可得
，一般，
（5）電中性條件：，其中為負離子濃度
（6）p型半導體中，空穴是多子；自由電子是少子。當溫度t時，空穴濃度基本不變；而自由電子濃度
（7）3價雜質又稱受主雜質，也叫p型雜質。
3、雜質補償
例：先摻5價磷，，為n型半導體； 再摻3價硼，，由於，就由n型半導體變為p型半導體。
1.1.3、兩種導電機制------漂移和擴散
1、漂移運動與漂移電流
（1）漂移運動：在外電場作用下，載流子產生的定向運動。
自由電子逆外電場方向運動；空穴順外電場方向運動。
（2）漂移電流：載流子漂移運動產生的電流，電流方向都是順外電場方向
2、擴散運動與擴散電流
（1）擴散運動：當載流子濃度分布不均勻時，載流子從高濃度區向低濃度區的運動。運動方向與濃度梯度方向相反
（2）擴散電流：載流子擴散運動產生的電流。電流密度的大小與濃度梯度的大小成正比。
自由電子擴散電流方向同自由電子濃度梯度方向
空穴擴散電流方向逆空穴濃度梯度方向
（3）擴散電流是半導體中特有的，金屬中不可能有擴散電流，因為金屬中只有自由電子一種載流子，不可能有不均勻的濃度分布。
11半導體基礎知識
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