TMS320F28016PZS晶體的導電能力增強

發布時間:2019/10/31 17:37:04 訪問次數:3854

TMS320F28016PZS空穴濃度總是相等的,即ni=pi (3.1.1)

載流子的產生與復合如前所述,在熱能的激勵下,晶體中的共價鍵結構被打破,以一定的速率成對地產生自由電子和空穴。溫度愈高,其產生率愈高。另一方面,當一個自由電子與一個空穴相遇復合時,即空穴與自由電子相結合而形成一個新的填充的共價鍵。一旦空穴和自由電子濃度建立起來之后,復合作用是經常性的。當溫度一定時,載流子(電子和空穴)的復合率等于產生率,即達到一種動態平衡。

當載流子的濃度較高時,晶體的導電能力增強。換言之,本征半導體的導電率將隨溫度的增加而增加。

雜質半導體,在本征半導體中摻人微量的雜質,就會使半導體的導電性能發生顯著的改變。根據摻人雜質的性質不同,雜質半導體可分為空穴(P)型半尋體和電子(N)型半導體兩大類。

P型半導體,在硅的晶體內摻人少量三價元素雜質,如硼等,因硼原子只有3個價電子,它與周圍硅原子組成共價鍵時,因缺少一個電子,在晶體中便產生-個空位,當相鄰共價鍵上的電子受到熱振動或在其他激發條件下獲得能量時,就有可能填補這個空位,使硼原子成了不能移動的負離子,而原來硅原子的共價鍵則因缺少一個電子,形成了空穴,但整個半導體仍呈中性,如圖3.1,5所示。

鄰近的電子落入受主的空位,留下可移動的空穴,可移動的空穴受主獲得一個電子而形成一個負離子,P型半導體的共價鍵結構

二極管及其基本電路,綜上所述,半導體摻人雜質后,載流子的數目都有相當程度的增加。若每個受主雜質都能產生一個空穴,或者每個施主雜質都能產生一個自由電子,則盡管雜質含量很微小,但它們對半導體的導電能力卻有很大的影響。因而在半導體中摻雜是提高半導體導電能力的最有效方法。

仿照前面的描述方法,若用ⅣD表示施主原子的濃度,尼表示總自由電子的濃度,p表示少子空穴的濃度,則有如下的濃度關系:

n=p+nd (3.1.3)

上式表明,離子化的施主原子和空穴的正電荷必為自由電子的負電荷所平衡,以保持材料的電中性。

應當注意,前述通過增加施主原子數可以提高半導體內的自由電子濃度,由此增加了電子與空穴的復合的幾率,使本征激發產生的少子空穴的濃度降低。由于電子與空穴的復合,在一定溫度條件下,使空穴濃度與電子濃度的乘積為一常數,即

pn=pini (3.1.4)

式中pini分別為本征材料中的空穴濃度和電子濃度,考慮式(3.1.1)中的關系,則有如下的等式:

pn=ni2 (3.1.5)

pn結的形成及特性,載流子的漂移與擴散漂移,由于熱能的激發,半導體內的載流子將作隨機的無定向移動,載流子在任意方向的平均速度為零。若有電場加到晶體上,則內部載流子將受力做定向移動。對于空穴而言,其移動方向與電場方向相同,而電子則是逆著電場的方向移動。

由于電場作用而導致載流子的運動稱為漂移,其平均漂移速度與電場矢量E成比例。若用7n和Vp分別表示電子和空穴的漂移速度矢量,則有

vn=-~unE (3.2.1)

式中un為比例系數,稱為白由電子的遷移率,負號表明電子的漂移速度矢量

二極管及其基本電路,因為硼原子在硅晶體中能接受電子,故稱硼為受主雜質或P①型雜質。在硅中加人的受主雜質除硼外尚有銦和鋁。值得注意的是,在加人受主雜質產生空穴的同時,并不產生新的自由電子,但原來的本征晶體由于本征激發仍會產生少量的電子-空穴對。控制摻人雜質的多少,便可控制空穴數量。在P型半導體中,空穴數遠大于自由電子數,在這種半導體中,以空穴導電為主,因而空穴為多數載流子,自由電子為少數載流子。

若用ⅣA表示受主原子的濃度,汔表示少子電子的濃度,P表示總空穴的濃度,則有如下的濃度關系:

這是因為材料中的剩余電荷濃度必為零。或者說,離子化的受主原子的負電荷加上自由電子必與空穴的正電荷相等。

仿照P型半導體,為在半導體內產生多余的電子,可以將一種叫做施主雜質或N型雜質摻人硅的晶體內。施主原子在摻雜半導體的共價鍵結構中多余一個電子。在硅工藝中,典型的施主原子有磷、砷和銻。當一個施主原子加人半導體后,其多余的電子易受熱激發而掙脫共價鍵的束縛成為自由電子,如圖3.1.6所示。自由電子參與傳導電流,它移動后,在施主原子的位置上留下一個固定的、不能移動的正離子,但半導體仍保持中性。此外,在產生自由電子的同時,并不產生相應的空穴。正因為摻人施主原子的半導體會有多余的自由電子,故稱之為電子型半導體或N②型半導體。在N型半導體中,電子為多數載流子,空穴為少數載流子。