P型和N型半导体.docx

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1、P型和N型半导体假如杂质是周期表中第W族中的一种元素受主杂质，例如硼或钢，它们的价电子带都只有三个电子，井旦它们传导带的最小能级低于第IV族元索的传导电子能级。因此电F能够更简洁地由错或硅的价电子带妖迁到硼或钢的传导带.在这个过程中，由F失去了电子而产生了一个正底子，因为这对于其它电子而言是个“空位”，所以通常把它叫做“空穴”，而这种材料被称为“P”型半导体。在这样的材料中传导主要是由带正电的空穴引起的，因而在这种状况下电子是“少数栽流子”。如图1所示。图1N型半导体假如掺入的杂质是周期表第V族中的某种元素一施主杂质，例如部或睇，这些元素的价电子带都有五个电子，然而，杂庾元素价电子的最大能级大

2、于错（或硅）的最大能级，因此电子很简洁从这个能级进入第IV族元素的传导带。这些材料就变成r半导体。因为传导性是由于有多余的负离子引起的，所以称为“N”型。也方些材料的传导性是由于材料中有多余的正岗子，但主要还是由于有大量的电子引起的，因而（在N型材料中）电子被称为“多数载流子”。如图2所示。P型和N型半导体的应用由P型半导体或N型半导体单体构成的产品有热敏电阻器、压敏电阻器等电网体。由P型与N型半导体结合而构成的单结半导体元件，最常见的是二极管；此外，FET也是单结元件。PNP或NPN以与形成双结的半导体就是晶体管。(1)用于1.ED1.ED在20世纪60年头诞生后就被认定是荧光灯管、灯泡等照

3、明设备的终结者，甚至有人认为1.ED将会开创一个新的照明时代，最终出现在全部须要照明的场合。1.ED的工作原理和我们常见的白炽灯、荧光灯完全不同，1.ED从本质上来说是一种半导体器件“1.ED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体的交界面就会出现一个具有特殊导电性能的薄层，也就是常说的PN结(PNJunctionTransistors)cPN结可以对P型半导体和N里半导体中多数栽流f的扩散运动产生阻力，当对PN结施加正向电压时,电流从1.ED的阳极流向阴极，而在PN结中少数截流子与多数载流子进行复合，多余的能收就会转变成光而释放出来。1.ED正是依据这样的原理

4、实现电光的转换。依据半导体材料物理性能的不同，1.ED可发出从紫外到红外不同波段、不同颜色的光线。小学问:P型半导体和N型半导体假如在硅或错等半导体材料中加入微量的硼、钢、钱或铝等二价元素，就变成以空穴导电为主的半导体，即P型半导体。在P型半导体中，空穴（带正电）叫多数正流子;电子（带负电）叫少数载流子。假如在硅或钻等半导体材料中加入微量的磷、锌、研I等五价元素，就变成以电子导电为主的半导体，即N型半导体.在N型半导体中，电子（带负电）叫多数载流子;空穴（带正电）叫少数载流子。（2）在半导体热电偶中的应用热电制冷是热电效应主要是珀尔帖效应在制冷技术方面的应用。好用的热电制冷装置是由热电效应比较

5、显著、热电制冷效率比较高的半导体热电偶构成的。半导体热电偶由N型半导体和P型半导体组成。N型材料有多余的电子,有负温差电势。P型材料电子不足，有正温差电势；当电子从P型穿过结点至N型时，结点的温度降低，其能盘必定增加，而且增加的能相当于结点所消耗的能量。相反，当电子从N型流至P型材料时，结点的温度就会上升。T脆接触的热电偶电路在实际应用中不行用，所以用卜.图的连接方法来代替，试验证明，在温差电路中引入第二种材料（铜连接片和导线）不会变更电路的特性。这样，半导体组件可以用各种不同的连接方法来满意运用者的要求C把一个P型半导体组件和一个N型半导体组件联结成一对热电偶，按匕直流电源后，在接头处就会产

6、生温差和热景的转移。在上面的接头处，电流方向是从N至P,温度下降并且吸热，这就是冷端;而在下面的一个接头处，电流方向是从P至N,温度上升并且放热，因此是热端C按图中把若干对半导体热电偶对在电路上串联起来，而在传热方面则是并联的，这就构成了个常见的制冷热电堆。按图示接上直流电源后，这个热电堆的上面是冷端，下面是热端C借助铝散热器等各种散热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持肯定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温，这就是热电制冷器的工作原理。图3是热电偶的工作原理示意图。半导体半导体图3散热示意图M4电阻率介于金量和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质O半导体室温时电阻率约在10-51

7、07欧米之间，温度上升时电阻率指数则减小。半导体材料许多，按化学成分可分为元索半导体和化合物半导使两大类。错和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括11I-V族化合物（钟化徐、磷化镇等）、11-VI族化合物（硫化镉、硫化锌等）、氧化物（铭、铭、铁、铜的氧化物）,以与由In-V族化合物和II-Vl族化合物组成的固溶体（绿铝种、铢种磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等O本征半导体不含杂质且无品格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带（见能带理论），受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能盘较高的空带，空带中存在电子后成为曼堂，价带中缺少一个

8、电子后形成一个带正电的空位，称为空穴（图1）。导带中的电子和价带中的空穴合称电子-空穴对，均能自由移动，即毂流子，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为虹昱电和空穴导电。这种由于电子空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电.导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消逝，称为豆合。宓合时秣放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在肯定温度下，电子-空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有肯定的载流子密度,从而具有肯定的电阻率。温度上升时，将产生更多的电f-空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无品格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。半导体半

9、导体中杂质半导体中的杂质对电阻率的影响特别大。半导体中掺入微冠杂质时，杂质原子旁边的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产加的杂质能级。例如四价元宝错或硅晶体中掺入五价元素磷、静、睇等杂质原子时,杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中才四个与四周的铭（或硅）原子形成共价结合，多余的一个电子被束缚于杂质原子旁边，产生类氢能级。杂质能级位于禁带上方舞近导带底旁边。杂质能级上的电f很易激发到导带成为电J遨流JS这种能供应电子载流子的杂质称为施主，相应能级称为施主能级。施主能级上的虫上跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能属小得多（图2）o在楮或硅晶体中掺入微侬三价元素硼、铝、钱等杂质

10、原子时，杂质原子与四周四个错（或硅）原f形成共价结合时尚缺少一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能后状态就是杂质能级，通常位于禁带下方靠近价带处。价带中的电子很易激发到杂质能级上填补这个空位，使杂质原子成为负离子。价带中由于缺少一个电子而形成一个空穴栽流子（图3）。这种能供应空穴的杂质称为受主杂质。存在受主杂质时，在价带中形成一个空穴截流子所需能值比本tit征半导体情形要小得多。半导体掺杂后其电阻率大大下降.加热或光照产生的热激发或光激发都会使自由栽流子数增加而导致电阻率减小，半导体热敏电阻和光敏电阻就是依据此原理制成的。对掺入施士杂质的半导体，导电截流子主要是导带中的电子，属电子型导电

11、，称N型半导体。掺入受主杂质的半导体属空穴型导电，称P型半导体。半导体在任何温度卜都能产生电子-空穴对，故N型半导体中可存在少鹏导电空穴，P型半导体中可存在少最导电电子，它们均称为少数栽流子。在半导体器件的各种效应中，少数栽流于常扮演重要角色。共价使O胫JI子核电子!N型半导体结构图PN结P型半导体与N型半导体相互接触时，其交界区域称为PN结CP区中的自由空穴和N区中的自由电子要向对方区域扩散，造成正负电荷在PN结两侧的积累，形成电偶极层（图4）。电儡极层中的电场方向正好阻挡扩散的进行。当由于栽流子数密度不等引起的扩散作用与电体层中电场的作用达到平衡时，P区和N区之间形成肯定的电势紫，称为接触

12、电势羌。由于P区中的空穴向N区扩散后与N区中的电子更合，而N区中的电子向P区扩散后与P区中的空穴豆合，这使电偶极层中自由栽流子数削减而形成直阻层，故电偶极层也叫阻挡层，阻挡层的电凰值往往是组成PN结的半导体的原有阻值的几十倍乃至几百倍。PN结N有单向导电性,半导体整流管就是利用PN结的这一特性制成的PN结的另一重要性质是受到光照后能产生生动隽：，称光生伏打效应，可利用来制造光电池:半导体三极管、可控硅、PN结光地姿性和发光二极管等半导体器件均利用了PN结的特性。编辑本段多祥性物质存在的形式多种多样，固住、液便、气隹、等离子体等等。我们通常把导电性和导热性差或不好的材料,如金刚石、人工通体、琥珀

13、、陶野等等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金屈如金、银、铜、铁、锡、铝等称为建度。可以简洁的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发觉是最晚的，直到20世纪30年头，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。编辑本质分类半导体的分类，依据其制造技术可以分为：集成电路器件,分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类，一般来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类，虽然不常用，但还是依据IC、1.SkV1.SI（超大1.SI）与其规模进行分类的方法。此外，还有依据其所处理的信号，可以分成模拟、数定、模拟数字混成

14、与功能进行分类的方法。儡事本展半导体定义电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。半导体室温时电阻率约在IC）E-510E7欧姆米之间，温度H升时电阻率指数则减小。半导体材料许多，按化学成分可分为元宓坐呈便和化合物半导体两大类。楮和畦是最常用的元素半导体；化合物半导体包括IlI-V族化合物（林化镣、璘化钱等）、11-VI族化合物（硫化镉、硫化锌等）、氧化物（镶、珞、铁、铜I的氧化物）,以与由11I-V族化合物和II-Vl族化合物组成的固溶体（银铝神、绿林磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。半导体：意指半导体收音机,因收音机中的晶体管由半导体材料制成而得

15、名。本征半导体不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带（见能带理论）,受到热激发后，价带中的部分电子会越过楚里进入能最较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子-空穴对，均能自由移动，即载流子，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴且曳。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电，导带中的电手会落入空穴，电空穴对消逝，称为复合。复合时释放出的能及变成电磁辐射（发光）或品格的热振动能盘（发热）。在肯定温度下，电子-空穴对的产生和复合同时

16、存在并达到动态平衡，此时半导体具有肯定的载流子密度，从而具有肯定的电阻率。温度上升时，将产生更多的电子-空穴对，栽流子密度增加，电阻率减小。无品格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。儡辑本没历程Q封装历史始于30多年前。当时采纳金属和陶赛两大类封壳，它们曾是电f工业界的“辕马”，凭其牢固、牢靠、散热好、功耗大、能承受严酷环境条件等优点，广泛满意从消费类电子产品到空间电子产品的需求。但它们有诸多制约因素，即重量、成本、封装密度与引理数。最早的金属壳是TO型，俗称“礼帽型”；陶度壳则是扁平长方形。大约在20世纪60年头中期，仙童公司开发出翊料双列直插式封装（PDIP）,有8条引线。随着硅技术的发展，芯片尺寸愈来愈大,