TMS320F28016PZS晶体的导电能力增强

发布时间:2019/10/31 17:37:04 访问次数:3866

TMS320F28016PZS空穴浓度总是相等的,即ni=pi (3.1.1)

载流子的产生与复合如前所述,在热能的激励下,晶体中的共价键结构被打破,以一定的速率成对地产生自由电子和空穴。温度愈高,其产生率愈高。另一方面,当一个自由电子与一个空穴相遇复合时,即空穴与自由电子相结合而形成一个新的填充的共价键。一旦空穴和自由电子浓度建立起来之后,复合作用是经常性的。当温度一定时,载流子(电子和空穴)的复合率等于产生率,即达到一种动态平衡。

当载流子的浓度较高时,晶体的导电能力增强。换言之,本征半导体的导电率将随温度的增加而增加。

杂质半导体,在本征半导体中掺人微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著的改变。根据掺人杂质的性质不同,杂质半导体可分为空穴(P)型半寻体和电子(N)型半导体两大类。

P型半导体,在硅的晶体内掺人少量三价元素杂质,如硼等,因硼原子只有3个价电子,它与周围硅原子组成共价键时,因缺少一个电子,在晶体中便产生-个空位,当相邻共价键上的电子受到热振动或在其他激发条件下获得能量时,就有可能填补这个空位,使硼原子成了不能移动的负离子,而原来硅原子的共价键则因缺少一个电子,形成了空穴,但整个半导体仍呈中性,如图3.1,5所示。

邻近的电子落入受主的空位,留下可移动的空穴,可移动的空穴受主获得一个电子而形成一个负离子,P型半导体的共价键结构

二极管及其基本电路,综上所述,半导体掺人杂质后,载流子的数目都有相当程度的增加。若每个受主杂质都能产生一个空穴,或者每个施主杂质都能产生一个自由电子,则尽管杂质含量很微小,但它们对半导体的导电能力却有很大的影响。因而在半导体中掺杂是提高半导体导电能力的最有效方法。

仿照前面的描述方法,若用ⅣD表示施主原子的浓度,尼表示总自由电子的浓度,p表示少子空穴的浓度,则有如下的浓度关系:

n=p+nd (3.1.3)

上式表明,离子化的施主原子和空穴的正电荷必为自由电子的负电荷所平衡,以保持材料的电中性。

应当注意,前述通过增加施主原子数可以提高半导体内的自由电子浓度,由此增加了电子与空穴的复合的几率,使本征激发产生的少子空穴的浓度降低。由于电子与空穴的复合,在一定温度条件下,使空穴浓度与电子浓度的乘积为一常数,即

pn=pini (3.1.4)

式中pini分别为本征材料中的空穴浓度和电子浓度,考虑式(3.1.1)中的关系,则有如下的等式:

pn=ni2 (3.1.5)

pn结的形成及特性,载流子的漂移与扩散漂移,由于热能的激发,半导体内的载流子将作随机的无定向移动,载流子在任意方向的平均速度为零。若有电场加到晶体上,则内部载流子将受力做定向移动。对于空穴而言,其移动方向与电场方向相同,而电子则是逆着电场的方向移动。

由于电场作用而导致载流子的运动称为漂移,其平均漂移速度与电场矢量E成比例。若用7n和Vp分别表示电子和空穴的漂移速度矢量,则有

vn=-~unE (3.2.1)

式中un为比例系数,称为白由电子的迁移率,负号表明电子的漂移速度矢量

二极管及其基本电路,因为硼原子在硅晶体中能接受电子,故称硼为受主杂质或P①型杂质。在硅中加人的受主杂质除硼外尚有铟和铝。值得注意的是,在加人受主杂质产生空穴的同时,并不产生新的自由电子,但原来的本征晶体由于本征激发仍会产生少量的电子-空穴对。控制掺人杂质的多少,便可控制空穴数量。在P型半导体中,空穴数远大于自由电子数,在这种半导体中,以空穴导电为主,因而空穴为多数载流子,自由电子为少数载流子。

若用ⅣA表示受主原子的浓度,汔表示少子电子的浓度,P表示总空穴的浓度,则有如下的浓度关系:

这是因为材料中的剩余电荷浓度必为零。或者说,离子化的受主原子的负电荷加上自由电子必与空穴的正电荷相等。

仿照P型半导体,为在半导体内产生多余的电子,可以将一种叫做施主杂质或N型杂质掺人硅的晶体内。施主原子在掺杂半导体的共价键结构中多余一个电子。在硅工艺中,典型的施主原子有磷、砷和锑。当一个施主原子加人半导体后,其多余的电子易受热激发而挣脱共价键的束缚成为自由电子,如图3.1.6所示。自由电子参与传导电流,它移动后,在施主原子的位置上留下一个固定的、不能移动的正离子,但半导体仍保持中性。此外,在产生自由电子的同时,并不产生相应的空穴。正因为掺人施主原子的半导体会有多余的自由电子,故称之为电子型半导体或N②型半导体。在N型半导体中,电子为多数载流子,空穴为少数载流子。