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本节内容
· 介绍
· 半导体物理基础
介绍
基本电子元器件
outline
基本概念
在一块晶体硅中，硅原子通过最外圈电子形成共价键，使相邻硅原子紧密相连。
当晶体硅（本征半导体硅）高于绝对0度时，一部分共价键转化为自由电子在晶体硅中移动；自由移动的电子带负电荷，是一种载流子；
问题：
① 载流子从何而来？
② 有哪些类型的载流子？
③ 如何调整载流子的浓度？
④ 载流子如何移动？
·本征半导体硅中的自由电子数量
硅跃迁能量BandGap Energy）
EG(硅)=1.12ev
EG(锗)=0.67ev
公式①：
例子：硅 在 温度=300K时 每 单位立方厘米 的自由电子数？
解：带入T=300后，计算得ni=10^10；
每单位立方厘米中硅的原子数为10^22，所以本征硅基本为绝缘体。
·空穴的概念
当电子脱离共价键形成自由电子时，此电子在共价键中原来的位置变为空穴带正电荷，空穴为载流子的一种；电子和空穴分别为两种不同的载流子；
t=t0
t=t1
t=t2
在上图中，电子的流动方向从右向左，而空穴的移动方向为从左向右；
在本征半导体中，自由电子数量=空穴数量=ni；
空穴的移动速度低于自由电子的移动速度，这是为什么？
答：两者移动机制不同；
自由电子的移动过程为 脱离共价键后即可自由移动；空穴的移动过程为 电子脱离共价键后再与下一个空穴结合，才形成空穴的移动；
自由电子数量n=空穴数量p=载流子浓度ni
即n*p=ni^2
除了温度可以改变本征半导体中载流子的浓度以外，还有一种方式：掺杂（doping）。
·掺杂
元素周期表
从元素周期表中可以看到：硼元素最外层电子数量为3；磷元素最外层电子数量为5；硅、锗元素最外层电子数量为4；
将磷、硼等其他原子加入本征半导体中，称为掺杂。下图为本征半导体掺入磷原子。
掺杂后的本征硅片
掺杂浓度Nd=10^15-10^17/立方厘米
由于未掺杂时的自由电子的数量级远小于掺杂浓度，则掺杂后半导体中的自由电子数 n≈Nd;
当硅片自由电子数量增高后，空穴数量减少，依然满足公式：
自由电子数量n=空穴数量p=载流子浓度ni
即n*p=ni^2
未完待续...
