半导体二极管及其应用

半导体二极管及其应用

1. 半导体的基础知识 1.1. 半导体的导电特性

1.1.1. 半导体的特点

自然界中的各种物质按其导电性能的不同可分为：导体、半导体和绝缘体。

半导体的到点能力介于导体和绝缘体之间，它具有独特的热敏性、光敏性和参杂性。

热敏特性：半导体的电阻率随着温度的变化会发生明显变化。例如，对于半导体锗，温度每升高10℃，其电阻率将减少为原来的一半。利用半导体的热敏性，可以制作热敏电阻，用于控制系统以及温度测量等。需要指出的是，因为半导体器件存在温度敏感性问题，所以环境温度的变化将引起由半导体器件组成的电子线路性能的变化。

光敏特性：半导体的电阻率对光照十分敏感。例如，常用的硫化镉光敏电阻，武广招射时，电阻值高达几十兆欧；受到光照射时，电阻值降至几十千欧。利用半导体的光敏性，可制造了多中类型的光电器件，它们广泛应用于自动控制和电子设备中。

参杂特性： 在纯净的半导体中参入微量的杂质元素，就会使它的导电能力产生极大的变化。例如，在纯净的半导体中参入百万分之一的杂质，其导电能力可以提高近100万倍。所有半导体器件都是有、由掺有特定杂质的半导体次啊聊制成的。

自然界中的半导体材料有：元素半导体，如硅（SI）、锗（Ge）等。其中硅和锗是目前用得最多的半导体材料，由于硅和锗都是以晶体结构纯在于自然界中，因此半导体二极管、三极管常被称晶体二极管和晶体三极管。

由化学元素周期可知，硅和锗都是四家元素，即它们的原子最外层轨道上都是4个电子（称为价电子）。它们的简化原子结构模型如图1.1（a）所示，由于院子核用标有“+4”的圆圈表示，外围价电子用.表示。在晶体中，由于相邻原子的距离很近，价电子不仅受到自身原子核的约束，还受到相邻原子核的吸引，使得每个价电子为相邻原子所共有，从而形成共价键，这样4个价电子与相邻的4个原子中的价电子分别组成4对共价键。图1.1（b）所示是硅（或锗）共价键结构的平面结构图。

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共价键中的价电子，由于受到原子核的束缚，不能在晶体中自由移动，因此也称为束缚电子，它不能参与导电。

1.1.1.2

本征半导体

半导体按其是否掺有杂质来划分，又可分为本征半导体和杂质半导体。

本征半导体是一种完全纯净、结构完整的半导体晶体。在绝对零度（——273.15℃）和没有外界激发时，每一个原子的外围电子被共价键所束缚，不能自由移动。这样，本正半导体虽然有大量的价电子，但没有自由电子，此时半导体是不能导电的。当温度升高或受光照射时，共价键中价电子会获得足够能量，从共价键中挣脱出来，边城自由电子：同时在元共价键的相应位置上留下一个空位，这个空位称为“空穴”，如图1.2所示。显然，电子和空穴是成对出现的，所以成为电子-空穴对。在本征半导体中，电子和空穴的数目总是相等的，我们把在热或光的作用下，本征半导体的价电子正投共价键的束缚产生电子-空穴对的现象，称为本征激发

。 图 1.2 本征半导体产生电子-空穴对 由

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