
半导体具有一些特殊性质。如利用半导体的电阻率与温度的关系可制成自动控制用的热敏元件(热敏电阻);利用它的光敏特性可制成自动控制用的光敏元件,像光电池、光电管和光敏电阻等。
半导体还有一个最重要的性质,如果在纯净的半导体物质中适当地掺入微量杂质测其导电能力将会成百万倍地增加。利用这一特性可制造各种不同用途的半导体器件,如半导体二极管、三极管等。
把一块半导体的一边制成P型区,另一边制成N型区,则在交界处附近形成一个具有特殊性能的薄层,一般称此薄层为PN结。图中上部分为P型半导体和N型半导体界面两边载流子的扩散作用(用黑色箭头表示)。中间部分为PN结的形成过程,示意载流子的扩散作用大于漂移作用(用蓝色箭头表示,红色箭头表示内建电场的方向)。下边部分为PN结的形成。表示扩散作用和漂移作用的动态平衡。
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10E-5~10E7欧·米之间,温度升高时电阻率指数则减小。
半导体材料很多,按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。
锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ 族化合物(砷化镓、磷化镓等)、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体(镓铝砷、镓砷磷等)。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(东北方言):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禁带进入能量较高的空带,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-空穴对消失,称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射(发光)或晶格的热振动能量(发热)。在一定温度下,电子 - 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡,此时半导体具有一定的载流子密度,从而具有一定的电阻率。温度升高时,将产生更多的电子 - 空穴对,载流子密度增加,电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大,实际应用不多。半导体五大特性∶电阻率特性,导电特性,光电特性,负的电阻率温度特性,整流特性。
★在形成晶体结构的半导体中,人为地掺入特定的杂质元素,导电性能具有可控性。
★在光照和热辐射条件下,其导电性有明显的变化。
晶格:晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。
共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子(即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动,而且出现在相邻原子所属的轨道上,成为共用电子,构成共价键。
自由电子的形成:在常温下,少数的价电子由于热运动获得足够的能量,挣脱共价键的束缚变成为自由电子。
空穴:价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流:在外加电场的作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电流。
空穴电流:价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动),形成空穴电流。
本征半导体的电流:电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同,它们运动方向相反。
载流子:运载电荷的粒子称为载流子。
导体电的特点:导体导电只有一种载流子,即自由电子导电。
本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发:半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。
复合:自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴,使两者同时消失,这种现象称为复合。
动态平衡:在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系:温度一定,本征半导体中载流子的浓度是一定的,并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时,热运动加剧,挣脱共价键束缚的自由电子增多,空穴也随之增多(即载流子的浓度升高),导电性能增强;当温度降低,则载流子的浓度降低,导电性能变差。
结论:本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性,可制作热敏和光敏器件,又造成半导体器件温度稳定性差的原因。
杂质半导体:通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素,可得到杂质半导体。
N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。
多数载流子:N型半导体中,自由电子的浓度大于空穴的浓度,称为多数载流子,简称多子。
少数载流子:N型半导体中,空穴为少数载流子,简称少子。
施子原子:杂质原子可以提供电子,称施子原子。
N型半导体的导电特性:它是靠自由电子导电,掺入的杂质越多,多子(自由电子)的浓度就越高,导电性能也就越强。
P型半导体:在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼),使之取代晶格中硅原子的位置,形成P型半导体。
多子:P型半导体中,多子为空穴。
少子:P型半导体中,少子为电子。
受主原子:杂质原子中的空位吸收电子,称受主原子。
P型半导体的导电特性:掺入的杂质越多,多子(空穴)的浓度就越高,导电性能也就越强。
结论:
多子的浓度决定于杂质浓度。
少子的浓度决定于温度。
PN结的形成:将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成PN结。
PN结的特点:具有单向导电性。
扩散运动:物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动,这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。
空间电荷区:扩散到P区的自由电子与空穴复合,而扩散到N区的空穴与自由电子复合,所以在交界面附近多子的浓度下降,P区出现负离子区,N区出现正离子区,它们是不能移动,称为空间电荷区。
电场形成:空间电荷区形成内电场。
空间电荷加宽,内电场增强,其方向由N区指向P区,阻止扩散运动的进行。
漂移运动:在电场力作用下,载流子的运动称漂移运动。
PN结的形成过程:如图所示,将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在无外电场和其它激发作用下,参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目,从而达到动态平衡,形成PN结。
电位差:空间电荷区具有一定的宽度,形成电位差Uho,电流为零。
耗尽层:绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少,在分析PN结时常忽略载流子的作用,而只考虑离子区的电荷,称耗尽层。
PN结的单向导电性
问题一:电场是如何产生的 就像大气层是空气产生的一样,宇宙空间是磁场产生的。就像物质不受力,物质保持原有状态一样;磁场不受力,磁场也保持原有状态。比如一般物质周围存在的静止磁场;比如吸铁石周围存在运动状态不变的磁场。就因为吸铁石周围磁场运动,但运动状态不变,才使我们认识和确信空间存在磁场,才使我们认识和确信空间就是磁场。当空气受某种力的作用就会产生风,同样磁场受到电子运动的某种作用,就会产生类似“风”,使磁场状态产生运动,这种由电子运动产生的磁场运动就是电场。即电场是区别吸铁石,及其它保持原有状态的磁场。当电子运动使磁场状态产生变化,就是产生电磁场的变化,或称电磁波。比如通交流电导线周围,比如通交流电螺旋管周围,产生的是电磁波;而通直流电,则周围产生的是电场。
问题二:电场如何产生的?还是本来存在的? 1、电荷的周围会产生电场――静电场
2、变化的磁场会产生电场――涡旋电场
就像大气层是空气产生的一样,宇宙空间是磁场产生的。就像物质不受力,物质保持原有状态一样;磁场不受力,磁场也保持原有状态。比如一般物质周围存在的静止磁场;比如吸铁石周围存在运动状态不变的磁场。就因为吸铁石周围磁场运动,但运动状态不变,才使我们认识和确信空间存在磁场,才使我们认识和确信空间就是磁场。当空气受某种力的作用就会产生风,同样磁场受到电子运动的某种作用,就会产生类似“风”,使磁场状态产生运动,这种由电子运动产生的磁场运动就是电场。即电场是区别吸铁石,及其它保持原有状态的磁场。当电子运动使磁场状态产生变化,就是产生电磁场的变化,或称电磁波。比如通交流电导线周围,比如通交流电螺旋管周围,产生的是电磁波;而通直流电,则周围产生的是电场。
问题三:电场是如何产生的? 电场是电荷周围存在的特殊物质。存在电荷就有电场。
这样可以么?
问题四:电场是怎么形成的,是因为流动电荷吗 电荷与电荷之间形成电场,电场是 存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质.电荷间的作用总是通过电场进行的。
问题五:电场怎么产生的? 有电荷的地方就有电场。就像物体只要存在就有万有引力,只要在地球上就受到重力一样,是一个性质。电场和重力场一样是保守场。不懂保守场没关系,就是这两个很多地方能够类比的意思。所以这个问题等同于问重力式如何产生的一样,往深了讲没有意思。
但是就算我们不清楚电场如何产生也并不妨碍我们计算电场的题目和利用电场,就如同远古的人不知道农耕地原理但并不妨碍他们去种地。任何一本物理书,引入电场的第一个公式通常就是F=q*E,其中F是电场力(矢量),q是电场中的点电荷,E是该电场强度(矢量),这个公式表示在电场中的一个点电荷受到该电场力的作用和方向。这个公式有点像F=m*g,只不过重力竖直向下,电场力则是随着电场的方向。其次就会引进库仑定律。关于库仑定律请参考我的另一个问答:zhidao.baidu/question/306069390959336204
问题六:电场是怎么形成的?麻烦告诉我 是不是这样啊,我举个例子
1.在某空间,只存在一个电荷(是1个啊),它就形成了电场。但是如果这样,匀强电场就不好解释了,匀强是因为两边有距离足够近且有等量的相反电荷,才形成的,且各点场强相同。这不就是要求既有正电荷又有负电荷才形成了电场吗,和前面我认为的只要有电荷就形成电场不就违背了吗
2.再比如,要有两个或更多(1个电荷)电荷,才能形成电场。这样一来,匀强电场就好理解了(两边有等量的正负电荷)。但是呢,比如:左边一个正电荷,附近有一个负电荷,在已形成的电场在中间放置一个正的测试电荷(测试电荷量Q足够小,不影响电场),如此一来,测试电荷不久受两边的力了吗,不好考虑了。
问题七:怎么产生电场? 这样当然可以产生电场。但是有点要说明下,如果你用的是电视显像管的高压包直接接到两块金属板产生的将是交变的电场,当然你可使用整流电路。
问题八:电场是怎样产生磁场,磁场又是怎样产生电场的 电荷静止或状态不变产生的是磁场,比如任何物质或任何物体周围都有磁场,比如直流电导线周围是磁场。只有电荷的状态发生变化,则周围产生电磁场,比如交流电导线周围是电磁场。比如用导线划动电池两极,会干扰半导体。空气不动,或空气流动的状态不变,此时树叶都是不动的,只有空气的状态变化,树叶才会动,动树叶就有动能、势能之分。同样电荷状态变化,使磁场就有类似树叶动能、势能之分的电场和磁场之分。当电荷状态不变,类似树叶一个姿势不二,即磁场一个名足以。
问题九:电磁场是如何产生的? 电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体的总称。随时间变化的电场产生磁场,随时间变化的磁场产生电场,两者互为因果,形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起,也可由强弱变化的电流引起,不论原因如何,电磁场总是以光 速向四周传播,形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒介,具有能量和动量,是物质的一种存在形式。电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。
随时间变化着的电磁场( electromagneticfield)。时变电磁场与静态的电场和磁场有显著的差别,出现一些由于时变而产生的效应。这些效应有重要的应用,并推动了电工技术的发展。
电磁波是电磁场的一种运动形态。然而,在高频率的电振荡中,磁电互变甚快,能量不可能全部返回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期转化以电磁波的形式向空间传播出去。电磁波为横波,电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。电磁波的传播有沿地面传播的地面波,还有从空中传播的空中波。波长越长的地面波,其衰减也越少 。电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。中波或短波等空中波则是靠围绕地球的电离层与地面的反复反射而传播的(电离层在离地面50~400公里之间)。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性变化,其强度与距离的平方成反比,波本身带有能量,任何位置之能量、功率与振幅的平方成正比,其速度等于光速(每秒30万公里)。光波也是电磁波,无线电波也有和光波同样的特性,如当它通过不同介质时,也会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等。在空间传播的电磁波,距离最近的电场(磁场)强度方向相同、且量值最大的两点之间的距离,就是电磁波的波长λ。电磁波的频率γ即电振荡电流的频率,无线电广播中用的单位是千赫,速度是c。根据λγ=c,求出λ=c/γ。
电可以生成磁,磁也能带来电,变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播即形成了电磁波,所以电磁波也常称为电波。1864年,英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象取得的成果的基础上,建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在,推导出电磁波与光具有同样的传播速度。
1887年德国物理学家赫兹 用实验证实了电磁波的存在。之后,人们又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质完全相同,只是波长和频率有很大的差别。按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来,就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话,它们是工频电磁波、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及r射线。
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