照明半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

　　當(dāng)在一塊半導(dǎo)體的兩端加上電壓后，則價(jià)電子在無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上疊加了由電場(chǎng)引起的定向運(yùn)動(dòng)，形成了電流，并且它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也發(fā)生了變化，因而其運(yùn)動(dòng)能量必然與原來熱運(yùn)動(dòng)時(shí)有所不同。在晶體中，根據(jù)泡利不相容原理，每個(gè)能級(jí)上最多能容納兩個(gè)電子。因此，要改變晶體中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以便改變電子的運(yùn)動(dòng)能量，使它躍遷到新的能級(jí)中去，一般需要滿足兩個(gè)條件：一是具有能向電子提供能量的外界作用；二是電子要躍人的那個(gè)能級(jí)是空的。

　　由于導(dǎo)帶中存在大量的空能級(jí)，當(dāng)有電場(chǎng)SRM2A256SL-TM70作用時(shí)，導(dǎo)帶電子能夠得到能量而躍遷到空的能級(jí)中去，即導(dǎo)帶電子能夠改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這也就是說，在電場(chǎng)的作用下，導(dǎo)帶電子能夠產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)而形成電流，所以導(dǎo)帶電子是可以導(dǎo)電的。

　　如果價(jià)帶中填滿了電子而沒有空能級(jí)，在外加電場(chǎng)的作用下，電子又沒有足夠能量激發(fā)到導(dǎo)帶，那么，電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無法改變，因而不能形成定向運(yùn)動(dòng)，也就沒有電流。因此，填滿電子的價(jià)帶中的電子是不能導(dǎo)電的。如果價(jià)帶中的一些電子在外界作用下躍遷到導(dǎo)帶，那么在價(jià)帶中就留下了缺乏電子的空位。可以設(shè)想，在外加電場(chǎng)作用下，鄰近能級(jí)的電子可以躍人這些空位，而在這些電子原來的能級(jí)上又出現(xiàn)了新的空位。以后，其他電子又可以再躍人這些新的空位，這就好像空位在價(jià)帶中移動(dòng)一樣，只是其移動(dòng)方向與電子相反。因此，對(duì)于有電子空位的價(jià)帶，其電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不再是不可改變的了。在外加電場(chǎng)的作用下，有些電子在原來熱運(yùn)動(dòng)上疊加了定向運(yùn)動(dòng)，從而形成了電流。

　　導(dǎo)帶和價(jià)帶電子的導(dǎo)電情況是有區(qū)別的，即：導(dǎo)帶的電子越多，其導(dǎo)電能力越強(qiáng)；而價(jià)帶的電子的空位越多，即電子越少，其導(dǎo)電能力就越強(qiáng)，通常把價(jià)帶的電子空位想象為帶正電的粒子。顯然，它所帶的電量與電子相等，符號(hào)相反。在電場(chǎng)作用下，它可以自由地在晶體中運(yùn)動(dòng)，像導(dǎo)帶中的電子一樣能夠起導(dǎo)電作用，這種價(jià)帶中的電子空位，通常稱為空穴。南干由．子和率穴都能導(dǎo)電．一般把官們統(tǒng)稱為載流子n完傘純凈和結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

　　假設(shè)在絕對(duì)零度耐，又不受光、電、磁等外界作用的本征半導(dǎo)體能帶圖。此時(shí)，導(dǎo)帶沒有電子，價(jià)帶也沒有空穴。因此，這時(shí)的本征半導(dǎo)體和絕緣體一樣，不能導(dǎo)電。但是，由于半導(dǎo)體的禁帶寬度Eg較小，因而在熱運(yùn)動(dòng)或其他外界因素的作用下，價(jià)帶的電子可激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶。這時(shí)，導(dǎo)帶有了電子，價(jià)帶也有了空穴，本征半導(dǎo)體就有導(dǎo)電能力。電子由價(jià)帶直接激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶稱為本征激發(fā)。對(duì)于本征半導(dǎo)體來說，其載流子只能依靠本征激發(fā)產(chǎn)生。因此，導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴是相等的，這就是本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理的特性。

　　實(shí)際上，晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的，半導(dǎo)體的許多特性是由所摻的雜質(zhì)和缺陷決定的。雜質(zhì)和缺陷對(duì)半導(dǎo)體有決定性的影響，主要是由于在雜質(zhì)和缺陷附近可形成束縛電子態(tài)，這就如同在孤立原子中電子被束縛在原子核附近一樣。因能帶的能量是和晶體基本原子的各能級(jí)相對(duì)應(yīng)的（至少在能帶不很寬的情況下是如此），而雜質(zhì)原子上的能級(jí)和晶體中其他原子不同，所以它的位置完全可能不在晶體能帶的范圍之中。換句話說，雜質(zhì)的能級(jí)可以在晶體能級(jí)的禁帶中，即束縛態(tài)的能量一般處在禁帶中。

　　在硅晶體中，硅有4個(gè)價(jià)電子，V族元素（如磷、砷、銻等）的原子取代了硅原子的位置．V族原子中5個(gè)價(jià)電子中有4個(gè)價(jià)電子與硅原子形成共價(jià)鍵，多余的一個(gè)價(jià)電子不在價(jià)鍵中，因而成為自由電子參與導(dǎo)電。能夠?qū)щ姷碾娮右话闶菍?dǎo)帶中的電子。所以，硅中摻人一個(gè)V族雜質(zhì)能夠釋放一個(gè)電子給硅晶體的導(dǎo)帶，而雜質(zhì)本身成為正電中心。具有這種特點(diǎn)的雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)，因?yàn)樗芙o予電子；在離子晶體中，間隙中的正離子或負(fù)離子缺位，實(shí)際上也是正電中心，所以也是施主。被束縛于施主上的電子的能量狀態(tài)稱為施主能級(jí)。

　　在硅晶體中，當(dāng)用具有3個(gè)價(jià)電子的Ⅲ族元素（如硼、鋁、嫁、銦等）的原子取代硅原子組成4個(gè)共價(jià)鍵時(shí)，尚缺一個(gè)電子，即存在一個(gè)空的電子能量狀態(tài)，它能夠從晶體的價(jià)帶接受一個(gè)電子，這就等于向價(jià)帶提供一個(gè)空位。Ⅲ族原子本來呈電中性，當(dāng)它接收了一個(gè)電子時(shí)，成了一個(gè)負(fù)電中心。具有這種特點(diǎn)的雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)，因?yàn)樗芙邮茈娮?。受主的空能量狀態(tài)稱為受主能級(jí)。在離子晶體中，正離子缺位或間隙負(fù)離子都同樣起著負(fù)電中心的作用，也是受主。

　　施主（或受主）能級(jí)上的電子（或空穴）躍遷到導(dǎo)帶（或價(jià)帶）中去的過程稱為電離，這一過程所需的能量就是電離能。所謂空穴從受主能級(jí)激發(fā)到價(jià)帶的過程，實(shí)際上就是電子從價(jià)帶激發(fā)到受主能級(jí)中去的過程。

　　E一表示導(dǎo)帶底，E+表示價(jià)帶頂。一般，施主能級(jí)離導(dǎo)帶底較近，即雜質(zhì)的束縛態(tài)能級(jí)略低于導(dǎo)帶底，這樣就可在常溫下由于束縛態(tài)中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶而使導(dǎo)帶中的電子遠(yuǎn)多于價(jià)帶中的空穴。這種主要由電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體，稱為N型半導(dǎo)體。

　　一般，受主能級(jí)離價(jià)帶頂較近，即在半導(dǎo)體中摻入某一雜質(zhì)而使其束縛態(tài)略高于價(jià)帶頂時(shí)，就可在常溫下由于價(jià)帶中的電子激發(fā)到束縛戀，因而使價(jià)帶中的空穴遠(yuǎn)多于導(dǎo)帶中的電子。這種主要由空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體，稱為P型半導(dǎo)體。由于雜質(zhì)的電離能比禁帶寬度小得多，所以雜質(zhì)的種類和數(shù)量對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能影響很大。在N型半導(dǎo)體中，由于n≥p，一般把電子稱為多數(shù)載流子，而空穴稱為少數(shù)載流子；在P型半導(dǎo)體中，則與上相反，空穴稱為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。