- 现代电子系统综合设计与实践
- 刘辉 王征编著
- 6字
- 2023-08-31 20:15:39
1.7 半导体元件
1.7.1 半导体基础知识
半导体元件是构成电子电路的基本元件,它们所使用的材料是经过特殊加工且性能可控的半导体材料,通常半导体材料性能与环境温度密切相关,虽然对温度的这种敏感性可以用来制作热敏和光敏元件,但这也是半导体元件温度稳定性差的原因。
纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体,而本征半导体的导电性能很差且导电性能不可控。因此在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素,便可得到杂质半导体。按掺入的杂质元素不同可形成N型半导体和P型半导体。
在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半导体。由于五价比正常硅原子多一个电子,因此多出来的电子不受共价键的束缚,只要很少的能量就能成为自由电子,在电场的作用下自由电子的定向移动就会形成电流。而P型半导体则正好相反,在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼),这就比正常硅原子少一个电子,就产生了一个“空位”。
采用不同的掺杂工艺,将P型半导体与N型半导体制作在同一个硅片上,在它们的交界面上就形成了PN结,P侧称为阳极,N侧称为阴极,且处于平衡状态。如果在PN结的两端外加电压,就将打破原来的平衡状态。当外加电压极性不同时,PN结表现出截然不同的导电性能,即呈现出单向导电性。当PN结中P接电源正极、N接电源负极,称为PN接外加正向电压,此时处于导通状态;相反,则称为PN结外加负向电压,此时处于截止状态。