摘要：2．7．2. 半导体的导电性 (1)半导体的导电性 导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质被称为半导体.如硅.锗.氧化亚铜等.以硅为例.硅是四价元素.硅原子最外层四个价电子.在形成单晶硅时.每个原子都以四个价电子与相邻的四个原子联系.相邻的两个原子就有一对共有电子.形成共价键.如图2-7-1所示.共价键中电子是被束缚的.但是由于热运动.极少数电子可能获得足够大能量.挣脱成为自由电子.同时共价键中留下一个空位叫空穴.原子是中性的.失去电子后可以看作空穴带正电.如图2-7-2所示.这个空穴很容易被附近共价键中束缚电子填补.形成新的空穴.束缚电子的填补运动叫空穴运动.在纯净的半导体中.自由电子和空穴是成对出现.叫电子--空穴对.半导体的导电是既有电子导电.又有空穴导电.但由于纯净的半导体中.电子--空穴对数目较少.导电性差. 但采取某些措施如加热或光照.可使更多电子挣脱束缚.形成更多电子一空穴对.导电能力大大增强.这种性质称为热敏特性和光敏特性.同样在纯净半导体中掺入其他元素.也能使半导体的导电性能加强. (2)N型半导体.P型半导体及P-N结 在纯净的硅中掺入微量的五价元素如磷.砷等.一些硅原子空间位置被五价的原子代替如磷原子.磷在与周围硅原子形成共价键时多出一个电子.很容易成为一个自由电子.相应原子失去电子成为正离子.这类半导体由于磷的掺入自由电子数目显著增多.导致电子浓度比空穴浓度要大得多.因而它主要靠电子导电.叫做电子型半导体或N型半导体. 在纯净的硅中掺入微量三价元素如铟.镓.硼等.同样在晶体中一些硅原子会被它们取代.由于形成共价键时缺少一个电子.附近共价键中电子很容易来填补.使得它们成为负离子.同时形成一个空穴.三价元素的 掺入使空穴的数目增加.这类半导体中空穴浓度要比自由电子浓度大得多.导电主要是空穴导电.因而被称为空穴型半导体P型半导体. 当采用特殊工艺使半导体一侧为P型半导体.另一侧成为N型半导体.由于N型半导体中电子浓度大.而P型半导体中空穴浓度大.结果发生扩散运动.N区由于跑掉电子留下正离子.P区跑掉空穴留下负离子.在它们的交界处附近形成一个电场.如图2-7-3所示.显然这个电场区是阻止它们扩散的.当该阻挡层达稳定时.扩散运动达到动态平衡.这个电场区阻挡层叫PN结.在PN结的N区和P区各引一电极就构成一晶体二极管.晶体二极管对应正.负极及符号如图2-7-4所示. 晶体二极管加正向电压时(P接电源“+ 极.N接电源“- 极).外电场与阻挡电场叠加.使PN结阻挡层变薄.这时P区空穴.N区电子又可顺利通过PN结.且外加电压大.这种作用对电子.空穴运动更有利.而电压反向时.会使阻挡层加厚.只有P区自由电子和N区空穴能通过PN结形成反向电流.但是它们的浓度太小.粗略地认为几乎没有反向电流.因而二极管表现为单向导电特性.其伏安特性曲线如图3-2-5所示. (3)晶体三极管 晶体三极管由两个PN结.三个电极线和管壳构成.分PNP型和NPN型两类.如图2-7-6所示.它的三个电极e.b.c分别称为发射极.基极.集电极.三极管特性是放大作用.联接电路如图2-7-7所示.微小的基极电流变化能引起集电流较大变化.所以在输入端加一个较弱的信号.在输出端Rc 上得到一个放大的强信号. 三极管电流分配关系 放大倍数β 例3.如图2-7-8所示.电阻.电动势.两个相同的二极管串联在电路中.二极管D的特性曲线如图2-7-9所示.试求: (1)通过二极管D电流, (2)电阻消耗的功率. 分析: 二极管属于非线性元件.它的电阻是随其不同工作点而不同.所以应当根据电路特点确定由电路欧姆的律找出其关系.在其特性曲线上作出相应图线.两根图线的交点即为其工作点. 解: 设二极管D两端电压.流过二极管电流为.则有 代入数据解得与的关系为 在二极管特性曲线上再 作出上等式图线.如图2-7-10所示. 图3-2-10 由图可见.两根图线交点P就在此状态下二极管工作点. 电阻上的电压为 其功率为 (4)电子电量的确定 按法拉第电解定律 按当今电子论的观点:一个电子所带的电量为e.在电解池中通过电量Q时.阴极板将向溶液提供个电子.这些电子可以使个化合价为的正离子还原.由于每析出N个原子(N是阿伏伽德罗数).可以在极板上得到M克物质.因此电解池通过电量Q时所析出的物质质量为 比较以上二式得 或 上式把法拉第恒量F.电子电量e.阿伏伽德罗数N三者联系起来.只要用实验精确测量出法拉第恒量F.阿伏伽德罗数N.就可以计算出电子的电量了.

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