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电子学中的十万个为什么-初识半导体

2022-01-04 16:08
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这就是模拟电路,模拟电路一直以半导体元件为基础探究其内部与组成的关系,今天呢不讲这么高深,当然大家被认为就不会有干货了。

半导体物理学是半导体专业的一门学科,如果以本学科专业知识来说明其模拟电子技术,我想这将是一个全新的讨论。

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先来讨论一个初中物理中学过的问题,原子的结构:

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原子由原子核与电子组成,其中原子又分为中子与质子。

而电子带负电荷,其电荷量为-1.6*10-19(库仑)

  中子不带电,为电中性

而质子带正电荷,其电荷量为1.6*10-19(库仑)

下面来看一下原子的结构图,如图所示:

以正14价的矽原子为例:

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其中中间的原子核+14,代表质子为正14价的质子

而价电子是最外层且为脱离轨道的电子

而束缚电子则是,最接近原子核并且受原子核束缚的电子。

如果当我们的原子受到例如:热能、磁能、光能、电能时,其最外层的电子会脱离轨道,当脱离轨道后,脱离的电子为自由电子,而留下的电子洞又叫做电洞的称为空穴。

那么这里有一个问题,价电子是如果脱离束缚变为自由电子的?

首先来看一个图:

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通常会定义一个价电带,我们会施与一个能量,之后受到外界的影响,比如热能的影响,价电带中的电子就会,由于热能的影响开始蠢蠢欲动,当超过了一个叫做禁止能带隙之后,电子就会跑到传到带,变成所谓的自由电子。

这种解释方法是基于半导体物理学的基础来分析的,那么我们已经了解了基本电子学中的自由电子的形成,那么我们分析的半导体电路,那么什么是半导体,半导体是什么?与导体和绝缘体又有什么区别?

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 先来介绍基本常见的绝缘体有:石英、云母、玻璃、木头等,但是我们经常在分析绝缘体的时候会说,绝缘体是相对与导体来说的,还有一直说法是绝缘体的导电能力远远小于导体等等,这些基础理论。

那么怎么来理解呢?首先来看绝缘体为价电子大于4价的电子,其能隙为9EV。

其中9EV为能量值,也就是说,电子要从价电带跨过绝缘体的能隙才能到达传导带,这其中的能量为9EV。

9EV是一个非常大的能量值,所以几乎是绝缘的,但不是相对绝缘。

如图所示,这就是关于绝缘体价电子向传导带移动的示意图。

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那么导体呢?先来看图:

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从图中我们发现,价电带与传导带重叠在一起没有任何绝缘的能隙,所以只要有一点点能量就会让电子跑到传导带而进行传递。

其中价电子小于4价、能隙约为0EV

那么常见的导体有:金、银、铜、铝、石墨。

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半导体是鉴于导体与绝缘体之间,也就是说既没有绝缘体的绝缘能力高,有没有导体的导电能力强。

那么还是先来看图:

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可以发现其能隙是为1EV,而价电子是等于4的。常见的半导体则有:矽、锗、硅等等。

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