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(gè)，故而稱它為四價(jià)元素，每一個(gè)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(gè)原子的四個(gè)價(jià)電子都要和相鄰原子的價(jià)電子配對(duì)，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(gè)電子，相應(yīng)地就留下一個(gè)空位，稱為空穴。自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的。

如果在本征半導(dǎo)體兩端加以電壓，則會(huì)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(dòng)，形成的電子電流；另一種是空穴向負(fù)極移動(dòng)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(duì)嗎？可能大部分人都會(huì)認(rèn)為這句話是錯(cuò)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(duì)嗎？可能大部分人都會(huì)認(rèn)為這句話是對(duì)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(chǎng)的作用下，一方面帶負(fù)電的自由電子定向移動(dòng)形成電子電流，另一方面帶正電的空穴也會(huì)定向移動(dòng)形成空穴電流。

半導(dǎo)體中流過的總電流是這兩個(gè)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(duì)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(gè)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(gè)電子，缺少一個(gè)電子，在半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中便產(chǎn)生了一個(gè)空位，形成空穴）。

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

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

這個(gè)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(dòng)形成，而是價(jià)電子成為自由電子后，定向移動(dòng)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(dòng)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(huì)出現(xiàn)空穴帶正電，空穴定向移動(dòng)形成空穴電流這一說法呢？

實(shí)際上是從另一個(gè)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(dòng)看做是空穴在向與“價(jià)電子”移動(dòng)方向的反方向移動(dòng)。

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(dòng)看成是空穴在移動(dòng)，價(jià)電子的移動(dòng)方向與空穴的移動(dòng)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(dòng)所形成的電子電流與帶正電的空穴移動(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)造成的，位子本身并不會(huì)移動(dòng)。

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(gè)蘿卜一個(gè)坑，蘿卜可以拔走，但留下的坑確是沒法動(dòng)的。

因次，實(shí)際上空穴本身是不會(huì)移動(dòng)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(gè)問題也清楚了）。

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