半导体

149 阅读6分钟

持续创作,加速成长!这是我参与「掘金日新计划 · 10 月更文挑战」的第3天,点击查看活动详情

🚩write in front🚩   

🔎大家好,我是謓泽,希望你看完之后,能对你有所帮助,不足请指正!共同学习交流🔎
🏅2021年度博客之星物联网与嵌入式开发TOP5~2021博客之星Top100~阿里云专家博主 & 星级博主~掘金⇿InfoQ~51CTOP创作者~周榜102﹣总榜960⇿全网访问量30w+🏅
🆔本文由 謓泽 发布到掘金(JueJin) 如需转载还请通知⚠
📝个人主页-謓泽 的个人主页 - 文章 - 掘金 (juejin.cn)📃
🎁欢迎各位→点赞👍 + 收藏⭐️ + 留言📝​
📣系列专栏-【电子】系列 - 謓泽的专栏 - 掘金 (juejin.cn)🎓
✉️我们并非登上我们所选择的舞台,演出并非我们所选择的剧本📩

 ㈠半导体的概念

半导体的导电能力是介于 导体绝缘体 之间!

Ⅰ: 导体也就是可以传导电流的物质叫做导体(自身的电阻率较小)

Ⅱ: 不容易导电的物体被称之为绝缘体(电阻率较高)

区别:导体很容易导电,绝缘体不容易导电。

那么这里可能就会有小伙伴们要问了,物质为什么会进行导电呢?

其实,物质的导电性能呢如果一般是由其中的原子来决定的。原子一般会构成最小单位,被称之为是元素。一般只有低价的元素才会进行导电,如铁、铜、铝等。在外电场的作用下,这些自由电子会产生定向移动,从而产生了电流,这样的物质就具有了一定的导电性。

外电场解释:实心得金属球,假如它能够带电,那么金属球周围就会存在电场。

注意:导体是具有良好的导电性特性的,常温下内部存储了大量的自由电子。 

拓展:半导体是给人类历史带来里程碑的意义的!

半导体的应用改变了我们的生活方式,用途广泛,以半导体企业 MACOM 为例来说下:半导体对我们的影响吧,MACOM 通过为光学无线卫星网络提供半导体技术,来满足社会对信息的需求,从而实现连通且安全的世界。通过推动各种基础设施的建设,使数百万人在生活中每时每刻沟通、旅行、获取信息和参与娱乐活动。相应的半导体技术提高了移动互联网的速度和覆盖率,让光纤网络得以向企业、家庭和数据中心传输通信。半导体技术支持的下一代雷达,可用于空中交通管制和天气预报,从而保卫所有人的安全。除了通信之外,半导体还在模拟射频、微波、毫米波和光子等方面有相关应用,可帮助我们解决网络容量、信号覆盖、能源效率和现场可靠性等问题。从中可以看出半导体对我们今天的生活影响深远。 

㈡本征半导体

再说二极管之前,我们先介绍一下本征半导体。

概念:纯净的不含其它杂质的就叫做本征半导体。

你可以这样去理解 就仿佛是一张白纸,里面没有加上任何颜色,那它就只能是白纸。

那么每一个硅原子的旁别就会有其它的这个硅原子来形成共价键。

用于制造半导体的器件的纯硅和纯锗都是晶体结构,纯净的硅晶体是导不了电的,因为最外层一共形成了⑧个电子。

​编辑

注意⇢价电子是导不了电的,我们导电所靠的都是自由电子,从而产生电流。

但是,不是在绝对零度的情况下,保不其会有哪个价电子能够逃逸共价键的束缚。在热运动的作用下一旦这个价电子逃逸出来的时候,就会立马变成自由电子,它变成自由电子自身就会留下一个空穴。这种叫做是 本征激发。

2.1 示意图

这个时候电子就可以进行导电了,只不过太少的缘故。它会沿着电场的方向进行。 

空穴讲解,可能有些小伙伴们会有疑问,空穴能不能导电阿。答案是:能。

  • 由正极到负极形成电场(方向)
  • 在电场的①个吸引力下共价键里的价电子本身会跳到没有价电子的地方去。
  • 那个就是空穴的位置。
  • 那么这个价电子本身就已经填补完成了,它那里就会形成空穴。
  • 那么就会进行填补,依次填补空穴。从而就会形成相对移动,沿着电场方向走。

以上得出结论证明了⇥空穴也能走!

所以这里空穴实际上也是一种载流子 (载流子指的是自由移动带有电荷移动物质微粒)

当然如果你的空穴越多的话,那么导电的能力就会越好!也就是本征激发就会更多。本征激发越多的话,相对的自由电子也会越多,从而导电能力就会越好。

2.2 本征半导体两种载流子

Ⅰ:自由电子

Ⅱ:空穴

因此,在半导体当中由自由电子和空穴进行导电。

在常温下的本征半导体的载流子的浓度很低,因此导电能力就会弱。

当然除了有本征激发就还具有 复合的运动。简单概述下什么是复合吧。

  • 这个自由电子在里面"乱跑"
  • 那么不知道什么情况下就撞到空穴里面去了。
  • 自由电子一旦撞到空穴里面区,这一对的自由电子就会被淹灭。
  • 自由电子又重新变成①个共价键的价电子。

以上的过程则被称之为(复合) 

2.3 载流子的浓度 

本征激发和复合的运动实际上就决定了载流子的浓度。

载流子的浓度和温度相关,温度越高浓度也就越高。

Ⅰ:本征激发的速度和温度有关,温度越高,本征激发的速度就越快!(因为价电子逃离了共价键的束缚越快)因为温度越高、从而导致热运动从而更加剧烈。

Ⅱ:复合的速度和浓度有相关性,温度上升时候,浓度不可能忽然跟着产生剧变。会使得载流子的浓度会越升越高。最后,浓度达到一定的情况下,复合和激发就会变得平衡,达到一种动态平衡,速度几乎一致。 

㈣杂质半导体

半导体材料是具有①个可掺杂性质的,就是因为这个掺杂性质才得以后面发明了,三极管、Mos 管、晶体管等,当时是花了很多时间去研究这个掺杂性质的。

本征半导体虽然存在两种载流子

Ⅰ:  自由电子

Ⅱ:空穴

于是人们为了提高半导体的导电能力,在本征半导体中有控制地掺入少量地特定杂质。