半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理詳細(xì)解析-KIA MOS管

半導(dǎo)體導(dǎo)電原理

不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體硅和鍺的最外層電子有四個，故而稱它為四價(jià)元素，每一個外層電子稱為價(jià)電子。

為了處于穩(wěn)定狀態(tài)，單晶硅和單晶鍺中的每個原子的四個價(jià)電子都要和相鄰原子的價(jià)電子配對，形成所謂的共價(jià)鍵，如圖所示。

但是共價(jià)鍵中的電子并不像絕緣體中的電子結(jié)合的那樣緊，由于能量激發(fā)（如光照、溫度變化），一些電子就能掙脫原有的束縛而成為自由電子。

與此同時(shí)，某處共價(jià)鍵中失去一個電子，相應(yīng)地就留下一個空位，稱為空穴。自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)的。

如果在本征半導(dǎo)體兩端加以電壓，則會有兩種數(shù)量相等的運(yùn)載電荷的粒子（稱作載流子）產(chǎn)生電流。一種是由自由電子向正極移動，形成的電子電流；另一種是空穴向負(fù)極移動形成的空穴電流。

半導(dǎo)體導(dǎo)電原理：“在半導(dǎo)體中，只有電子能導(dǎo)電”這句話對嗎？可能大部分人都會認(rèn)為這句話是錯的。“導(dǎo)體和半導(dǎo)體的區(qū)別在于前者只有電子參與導(dǎo)電，而后者既有電子又有空穴參與導(dǎo)電”這句話對嗎？可能大部分人都會認(rèn)為這句話是對的。

其依據(jù)是：在半導(dǎo)體中同時(shí)存在二種載流子：自由電子與空穴，半導(dǎo)體在外電場的作用下，一方面帶負(fù)電的自由電子定向移動形成電子電流，另一方面帶正電的空穴也會定向移動形成空穴電流。

半導(dǎo)體中流過的總電流是這兩個電流之和。事實(shí)果真如此嗎？ 先來看看什么是空穴？空穴就是半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中應(yīng)該有價(jià)電子而實(shí)際上沒有價(jià)電子的地方。

空穴一般在如下二種情況下形成：

一是本征激發(fā)（由于半導(dǎo)體本身的溫度不是絕對零度，半導(dǎo)體中的某些價(jià)電子能夠獲得足夠的能量從而擺脫共價(jià)鍵的束縛，從共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中跑出來變成自由電子，在半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中便產(chǎn)生了一個空位，形成空穴）；

二是P型半導(dǎo)體（本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素時(shí)，由于三價(jià)雜質(zhì)元素只能提供三個電子，缺少一個電子，在半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中便產(chǎn)生了一個空位，形成空穴）。

當(dāng)在半導(dǎo)體材料的兩端外加電場時(shí)，一方面半導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在外電場的作用下會產(chǎn)生定向移動，從而形成電子電流。

另一方面在外電場的作用下半導(dǎo)體中的價(jià)電子也會從原來的位置跑出來成為自由電子，在外電場的作用下定向移動后又進(jìn)入到另外的一個空位再次成為價(jià)電子，形成了一個不是由原半導(dǎo)體中的自由電子所形成的一個電子電流。

這個電流我們暫時(shí)稱為“價(jià)電流”（價(jià)電流并非是價(jià)電子的移動形成，而是價(jià)電子成為自由電子后，定向移動一定距離后又變成價(jià)電子的過程中所形成的電流”。

“價(jià)電流”實(shí)際上也是電子電流, 只不過不是我們通常認(rèn)為的半導(dǎo)體內(nèi)部已經(jīng)存在的自由電子所形成的罷了。

半導(dǎo)體中流過的總電流實(shí)際上是電子電流與“價(jià)電子”電流共同移動所形成的電流，所以我們的結(jié)論是：在半導(dǎo)體內(nèi)部只能是電子能導(dǎo)電。這便是半導(dǎo)體內(nèi)部導(dǎo)電的事實(shí)。

那么，為何現(xiàn)行的電子技術(shù)書籍中都會出現(xiàn)空穴帶正電，空穴定向移動形成空穴電流這一說法呢？

實(shí)際上是從另一個角度來分析問題，把“價(jià)電子”在半導(dǎo)體內(nèi)部的定向移動看做是空穴在向與“價(jià)電子”移動方向的反方向移動。

為了便于理解，教材中一般都是把半導(dǎo)體中“價(jià)電子”的移動看成是空穴在移動，價(jià)電子的移動方向與空穴的移動方向相反，由于價(jià)電子是帶負(fù)電的，我們就認(rèn)為空穴帶正電的。

半導(dǎo)體中流過的總電流就成為了帶負(fù)電的自由電子移動所形成的電子電流與帶正電的空穴移動所形成的空穴電流之和，這便是教材中所描述的半導(dǎo)體內(nèi)部導(dǎo)電機(jī)制。

打個比喻：這就好比在戲院看戲，設(shè)戲院共有二十排座位，假設(shè)每排只有一個座位，從第二排起到第二十排都坐滿了人，只有第一排無人坐，戲開演后，第二排上的觀眾看見第一排位置無人坐，就從第二排坐到第一排上去，第二排就出現(xiàn)了空位，第三排上的觀眾又坐到第二排去，

依次類推，原來第一排是空位子，后來第二排是空位子，再后來第三排是空位子，最后的空位置出現(xiàn)在第二十排，空位置從第一排到了第二十排，是觀眾的移動造成的，位子本身并不會移動。

說的再形象點(diǎn)，電子好比是蘿卜，空穴好比是坑，我們常常說一個蘿卜一個坑，蘿卜可以拔走，但留下的坑確是沒法動的。

因次，實(shí)際上空穴本身是不會移動的，更談不上帶電。我們的結(jié)論是：“在半導(dǎo)體中，只有電子能導(dǎo)電”這句話確確實(shí)實(shí)是正確的（第二個問題也清楚了）。

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