半导体导电性
半导体材料硅的基本性质
半导体材料硅的基本性质 一．半导体材料 1.1 固体材料按其导电性能可分为三类：绝缘体、半导体及导体，它们典型的电阻率如下： 图1 典型绝缘体、半导体及导体的电导率范围 1.2 半导体又可以分为元素半导体和化合物半导体，它们的定义如下： 元素半导体：由一种材料形成的半导体物质，如硅和锗。 化合物半导体：由两种或两种以上元素形成的物质。 1)二元化合物 GaAs —砷化镓 SiC —碳化硅 2)三元化合物 As —砷化镓铝 AlGa 11 AlIn As —砷化铟铝 11 1.3 半导体根据其是否掺杂又可以分为本征半导体和非本征半导体，它们的定义分别为： 本征半导体：当半导体中无杂质掺入时，此种半导体称为本征半导体。 非本征半导体：当半导体被掺入杂质时，本征半导体就成为非本征半导体。 1.4 掺入本征半导体中的杂质，按释放载流子的类型分为施主与受主，它们的定义分别为： 施主：当杂质掺入半导体中时，若能释放一个电子，这种杂质被称为施主。如磷、砷就是硅的施主。 受主：当杂质掺入半导体中时，若能接受一个电子，就会相应地产生一个空穴，这种杂质称为受主。如硼、铝就是硅的受主。
图1.1 （a）带有施主（砷）的n型硅 (b)带有受主（硼）的型硅 1.5 掺入施主的半导体称为N型半导体，如掺磷的硅。 由于施主释放电子，因此在这样的半导体中电子为多数导电载流子（简称多子），而空穴为少数导电载流子（简称少子）。如图1.1所示。 掺入受主的半导体称为P型半导体，如掺硼的硅。 由于受主接受电子，因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流子（简称多子），而电子为少数导电载流子（简称少子）。如图1.1所示。 二．硅的基本性质 1.1 硅的基本物理化学性质 硅是最重要的元素半导体，是电子工业的基础材料，其物理化学性质（300K）如表1所示。
半导体导电性
在电场和磁场作用下，半导体中的电子和空穴的运动会引起各种电荷的输运现象 半导体的导电性强弱随温度和杂质的含量变化而变化。 1. 从能带角度理解半导体的导电性 半导体在绝对零度时，被电子占据的最高能带为满带，上面临近的能带是空带，当有一定温度时，电子从满带激发到空带，原来的空带变为不满带，在电场作用下，电子的状态在布里渊区中的分布不再对称，半导体导电。 2. 从晶格角度理解半导体的导电性 在一定温度下，共价键上的电子e 挣脱了价键的束缚，进入到晶格空间形成准自由电子，这个电子在外电场的作用下运动而形成电子电流。在价键的电子进入晶格后留下空穴，当这个空穴被电子重新填充后，会在另一个位置产生新的空穴，这一过程为空穴电流 3. 载流子的散射 理想完整晶体中电子处于严格周期势场中，v (k )不变，实际晶体由于存在缺陷，相当于在原有严格周期性势场上叠加了附加势场，从而引起了载流子状态的改变成为载流子的散射 连续两次散射间的平均自由时间，散射主要有晶格振动散射和电离杂质散射。(1)电离杂质原因是：电离杂质因为形成库仑场，附加在周期场上，局部破坏了周期势场。散射几率： （2）晶格振动散射：晶体中格波氛围声学支和光学支。声学支描述原胞的整体运动，光学支描述一个原胞内两个原子的相对运动。一个原胞有n 个原子，则三维情况下总的格波数为3n ，其中3支声学波，3(n-1)支光学波。 ①声学波散射原因：纵波的振动形式使原子形成疏密分布，半导体体积在疏处膨胀，密处压缩，使能带发生振动，产生附加势。②光学波散射原因：原子的相对运动使电荷分布形成正电荷区和负电荷区，产生电场，形成附加势。 4. 载流子的漂移运动，迁移率 (1) 在有外加电场存在时，载流子沿一定方向的有规则运动，称为漂移运动。它是引起电 荷流动的原因。 考虑平均，则电子和空穴的漂移速率分别为 ετ *- =n n n m q v 和 ετ *=p p p m q v ，*p m 和p τ分别为空穴的有效质量和弛豫时间。
冀教版三年级下册科学《导体和绝缘体》
《导体和绝缘体》创新教案 教材分析 本课是《电》这一单元的第三课，在学生已有对电的了解上，进一步通过实验探究物体的导电性，进一步明确物体可分为导体和绝缘体及其概念。同时引导学生联系日常，理解导体和绝缘体的不同用途，理解安全用电的基本常识。 学情分析 在前面几课的学习中，学生已经大致了解了电的基本知识，具备正确规范检测本节课准备的常见材料的基本能力，以判断哪些是容易导电的，哪些是不易导电的，从而初步认识导体和绝缘体。在此基础上正确认识导体和绝缘体在生活中的不同用途，懂得安全用电。 学习目标 1.能够初步学会判断生活中哪些物体是导体，哪些物体是绝缘体。 2.学会以实验探究的形式检测物体的导电性，能够对收集的信息正确整合分析，得出结论并交流反思。 3.了解导体和绝缘体的基本概念。 4.学会与人合作，初步形成正确的实验习惯，认识到安全用电的常识。在实验中培养实事求是的科学精神。 教学重难点 重点：用电路检测器检测判断物体的导电性。 难点：教室电器设备的绝缘体材料和安全用电事项。 评价任务 1.通过分组实验，学会正确记录实验结果并对物体进行分类，总结归纳导体和绝缘体的概念。
2.能够列举其他导体和绝缘体,讲述生活中材料使用导体和绝缘体的原因。 3.了解安全用电基本原理和常识。 教学准备 电线、电路检测器、曲别针、塑料尺、铁钉、铜线、气球、干木条、玻璃片、橡皮、铝片、陶瓷片。 教学过程 一、情境导入 1.提问：一根电线哪部分可以让电流通过，哪部分不能让电流通过？（学生回答）。 2.教师演示验证：用电线外面的塑料连接起来的灯泡不发光，用电线里面的铜丝连接起来的灯泡发光。 3.提问：刚才的实验你发现了什么？（学生回答） 4.小结并引导：生活中哪些材料可通过电流，哪些不能？ 二、实验探究 1.提出问题，作出假设：预测各物品的导电性。 2.设计实验，验证结论： ①使用“电路检测器”的两个检测头相互接触，检验小灯泡是否发光。 ②两个检测头接触曲别针两端，观察小灯泡是否发光。 ③重复检测，将实验结果记录在表格中。 ④得出结论：曲别针可以通过电流。 ⑤重复实验：学生分组合作，得出各物体的导电性并记录在表。
半导体的导电特性(精)
自然界的各种物质就其导电性能来说，可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、锗等，它们的电阻率通常在之间。半导体之所以得到广泛应用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。如纯净的半导 体单晶硅在室温下电阻率约为，若按百万分之一的比例 掺入少量杂质（如磷）后，其电阻率急剧下降为，几乎降低了一百万倍。半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特殊性。 1.1.1 本征半导体 图1.1.1 硅原子的简化模型 常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单晶锗（Ge）。所谓单晶，是指整块晶体中的原子按一定规则整齐地排列着的晶体。非常纯净的单晶半导体称为本征半导体。
1.本征半导体的原子结构 半导体锗和硅都是四价元素，其原子结构示意图如图1.1.1所示。它们的最外层都有4个电子，带4个单位负电荷。通常把原子核和内层电子看作一个整体，称为惯性核。惯性核带有4个单位正电荷，最外层有4个价电子带有4个单位负电荷，因此，整个原子为电中性。 2.本征激发 在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合。每一个原子的价电子与另一个原子的一个价电子组成一个电子对。这对价电子是每两个相邻原子共有的，它们把相邻原子结合在一起，构成所谓共价键的结构，如图1.1.2所示。 图 1.1.2 本征硅共价键结构 一般来说，共价键中的价电子不完全象绝缘体中价电子所受束缚那样强，如果能从外界获得一定的能量（如光照、升温、电磁场激发等），一些价电子就可能挣脱共价键的束缚而成为自由电子，将这种物理现象称作为本征激发。 理论和实验表明：在常温（T＝300K）下，硅共价键中的价电子只要获得大于电离能E G（＝1.1eV）的能量便可激发成为自由电子。本征锗的电离能更小，只有0.72eV。 当共价键中的一个价电子受激发挣脱原子核的束缚成为自由电子的同时，在共价键中便留下了一个空位子，称“空穴”。当空穴出现时，相邻原子的价电子比较容易离开它所在的共价键而填补到这个空穴中来使该价电子原来所在共价键中出现一个新的空穴，这个空穴又可能被相邻原子的价电子填补，再出现新的空穴。价电子填补空穴的这种运动无论在形式上还是效果上都相当于带正电荷的空穴在运动，且运动方向与价电子运动方向相反。为了区别于自由电子的运动，把这种运动称为空穴运动，并把空穴看成是一种带正电荷的载流子。 在本征半导体内部自由电子与空穴总是成对出现的，因此将它们称作为电子-空穴对。当自由电子在运动过程中遇到空穴时可能会填充进去从而恢复一个共价键，与此同时消失一个“电子-空穴”对，这一相反过程称为复合。 在一定温度条件下，产生的“电子—空穴对”和复合的“电子—空穴对”数量相等时，形成相对平衡，这种相对平衡属于动态平衡，达到动态平衡时，“电子-空穴对”维持一定的数目。 可见，在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子，而金属导体中只有自由电子一种载流子，这也
半导体-金属导体平面结构导电性能的维度效应
半导体-金属导体平面界面结构导电性能的维度效应 宋太伟邹杏田璆璐 2017年3月 上海日岳新能源有限公司上海陆亿新能源有限公司上海建冶研发中心 内容摘要： 半导体-金属材料结构界面或其它由2种不同材料组成的复合材料结构界面，一般存在明显的微观扩散结势垒构造，这种扩散结对复合材料的导电性等物理性能产生明显影响。我们发现这种半导体-金属组合结构材料的导电性与半导体和金属导体的几何结构存在明显的关联效应，尤其是在体型半导体平面表面镀上金属薄膜的材料结构，表现出清晰的导电性等物理性能与材料几何结构维度的关联关系，这种材料的导电性呈现明显的二极管效应。我们用时空结构几何理论对此现象分别作了理论阐明。这种普遍存在的由半导体和金属材料的维度差异引起的复合材料的二极管效应，其理论价值与在光电工程领域的应用价值极大。 1 引言 两种不同材料的接触面，一般会产生接触势垒。由具有一定导电性能的两种材料依次排列组成的复合材料结构，由于不同材料导电电子的平均约束势能不同，在两种材料的接触界面附近，微观上呈非均衡的载流子扩散形态及电位梯度。界面附近导电电子低约束势能的材料呈现一定的正电性，相应的另一种导电电子高约束势能的材料界面附近呈现一定的负电性，复合材料内部这种不同材料界面附近的微观构造形态，是一种接触电位势垒，可称为电位势结，平面薄膜结构形态的也称为“量子泵”[3]。就导电性能来讲，这种内部界面构造，都有一定程度的二极管效应。半导体PN结是典型的界面电位势结构造形态。 我们在开发研制高效多结层硅基太阳能电池的过程中，发现不同材料界面附近的微观电位势结构造形态，对复合材料的导电性能的影响，存在明显的维度关联关系或者说尺度关联关系，也就是说，复合材料内部界面电位势结产生的二极管效应大小，与两种材料的几何维度构造明显关联，两种不同材料典型的几何维度形态结构组合是3维-2维、3维-1维、3维-0维、2维-1维、2维-0维等，见示意图1。我们重点对半导体硅晶体为3维、金属或非金属为2维薄膜的3-2维界面构造材料（示意图1中的a结构），就其光电性能变化进行了详细的实验与分析研究，使用的实验仪器设备主要包括真空镀膜系统、氙灯、单色仪、i-v曲线源表、椭圆偏振仪、显微镜等。我们运用简单的时空结构几何[1][2]模型，对3维-2维界面
四年级下册教科版科学实验报告单.doc
四年级下册教科版科学实验报告单 实验名称：认识灯泡的构造与如何使灯泡发亮 实验目的了解小灯泡的构造是怎样的；利用电来点亮小灯泡 实验器材小灯泡、导线1根、电池1节、小电珠1个。 实验步骤：首先展示小灯泡，让学生看清灯泡的构成。 1、导线连接小灯泡的螺纹与电池底部的锌壳，电池铜帽与小灯泡的锡粒接触，观察现象。 2、导线连接小灯泡的锡粒与电池底部的锌壳，电池铜帽与小灯泡螺纹接触，观察现象。 3、导线连接电池铜帽与小灯泡螺纹，小灯泡的锡粒与电池底部的锌壳接触，观察现象。 实验结论：小灯泡是由玻璃泡、灯丝、金属架、连接点构成的，通电后小灯泡亮了。
实验名称：制作电路检测器，查找电路中的故障 实验目的：用电路检测器检测电路故障 实验器材：一个由2个灯泡、灯座、1节电池、电池盒连接组成的出故障的电路，一个“电路检测器”。 操作步骤：1、组装一个“电路检测器”。用电池、小电珠、导线制作一个电路检测器； 2、先预测再用电路检测器检测电路中所发生的故障， 3、说出故障原因，并且采用替换法把电路重新接亮。 实验结论：用电路检测器可以检测电路故障
实验名称：检测材料的导电性 实验目的：检测哪些物体是导体，哪些物体是绝缘体 实验材料：木片、塑料片、回形针、钥匙、纸板、橡皮、布、丝绸、玻璃、铅笔、铜丝、铁钉、铝片、陶瓷……，1个电路检测器。 实验步骤： 1、从以上物品中选择6种检测。 2、检查电路检测器。 3、检测每种物品，观察现象：使小灯泡发光，说明被鉴别的材料容易导电；小灯泡不发光，说明被鉴别的材料不容易导电（注意要重复检测）。 4、能说出导体、绝缘体的概念，并将被检测物品正确的分为导体和绝缘体两组。 实验结论：在我们选取的材料中，铜片、钥匙…是导体；纸条、塑料片、木片、橡皮…… 是绝缘体。
四年级年级下册科学实验器材及实验步骤14831说课材料
四年级年级下册科学实验器材及实验步骤 （一）体验静电现象 用塑料梳子梳理干燥的头发，头发会随着梳子飘动；在干燥的季节脱毛衣时，会听到啪啪声；在干燥的季节用手去触摸门的金属把手，会有触电的感觉；阴云密布的天空，常常有雷电产生……这些生活中的静电现象，每一个学生可能都经历过。 实验目标：让学生亲身体验静电现象 实验原理：带同种电荷的物体相互排斥，带异种电荷的物体相互吸引实验材料：塑料梳子、纸屑、几个气球、绑起球的细线、挂气球的支架、羊毛制品。 实验过程： 1、用梳过干燥头发的塑料梳子慢慢接近碎纸屑，观察有什么现象发生。（碎纸屑被吸起来了） 2、用梳过干燥头发的塑料梳子再一次靠近头发，观察有什么现象发生。（头发被吸起来了）生活中的静电现象随处可见，静电存在于我们周围的一切物质之中，包括人类在内的生物和非生物。 当我们用塑料梳子梳理干燥的头发时，梳子带负电荷，头发带正电荷，而且在它们靠近时会产生相互吸引的现象。 3、用一块羊毛制品反复摩擦充气气球的一个侧面，将气球的这个侧面靠近头发，观察有什么现象发生。（气球把头发吸起来了） 由以上三个实验能够得出一个结论：带电体能吸引轻小物体 4、将两个充气气球紧挨着悬挂在约1米长的木尺上，用羊毛制品分别
摩擦两个气球相互接触的部位，观察有什么现象发生。 通过实验，我们进一步发现：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 5、这和我们了解的磁铁间的相互作用相似。 （磁铁都有两极，相互接近时具有同极相斥，异极相吸的性质。） （二）连接简单电路 关于电路，学生们已经能够用一根导线、一节电池使小灯泡发光了，在操作的过程中会发现：用手来按住导线的两头与电池和小灯泡连接，太不方便了。在这个实验中，我们先尝试用1个小灯泡、1个小灯座、2根导线、1个电池盒和1节电池组成一个电路。 实验器材：1个小灯泡、1个小灯座、2根导线、1个电池盒和1节电池组成一个电路。 实验目标：连接带灯座的电路，让小灯泡亮起来 实验步骤： 1、在电池盒的两端各连接好一根导线，把电池正确安装在电池盒里。（安装电池时有什么要注意的？） 2、用连接电池的两根导线的另一端接触小灯泡，确定能使小灯泡 发光。（检查？） 3、将小灯泡安装在灯座上，（小灯泡是怎样装到小灯座上的？）再连
第6章半导体导电性作业
第六章 半导体导电性作业 1． 一块n 型硅半导体，其施主浓度315/10cm N D =，本征费米能级i E 在禁带正中，费米能级F E 在i E 之上eV 29.0处，设施主电离能eV E D 05.0=?，试计算在K T 300=时，施主能级上的电子浓度。 2． 一块n 型硅材料，掺有施主浓度315/105.1cm N D ?=，在室温（K T 300=）时本征载流子浓度312/103.1cm n i ?=，求此时该块半导体材料的多数载流子浓度和少数载流子浓度。 3．一硅半导体含有施主杂质浓度315/109cm N D ?=，和受主杂质浓度316/101.1cm N A ?=，求在K T 300=时（310/103.1cm n i ?=）的电子和空穴浓度以及费米能级位置。
4. 若锗在300=T K 时，319101.1-?=cm N C ，3191051.0-?=cm N V ，禁带宽度为67.0=g E eV ，试计算： （1）电子和空穴的有效质量*e m 和*h m ； （2）300=T K 时的本征载流子浓度； （3）在77K 时的，C N ，V N 及本征载流子浓度（77=T K 时，70.0=g E eV ）。
5、试用能带论解释为何固体有导体，半导体和绝缘体之分？ 晶体电子的状态由分立的原子能级分裂为能带，电子填充能带的情况分为满带、不满带和空带，对于半导体和绝缘体，只存在满带和空带，最高满带称价带，最低满带称导带，导带与价带之间的间隔称带隙，一般绝缘体带隙较大，半导体带隙较小。 对于导体，出满带和空带外，还存在不满带，即导带。满带电子不导电，而不满带中的电子参与导电。半导体的带隙较小，价带电子受到激发后可以跃迁至导带参与导电，绝缘体的带隙较大，价电子须获得很大的能量才能激发，故一般情况下，不易产生跃迁现象。
半导体的导电性
第四章 半导体的导电性 引言 前几章介绍了半导体的一些基本概念和载流子的统计分布，还没有涉及到载流子的运动规律。本章主要讨论载流子在外加电场作用下的漂移运动，讨论半导体的迁移率、电导率、电阻率随温度和杂质浓度的变化规律，以及弱电场情况下电导率的统计理论和强电场情况下的效应，并介绍热载流子的概念。 §载流子的漂移运动和迁移率 一、欧姆定律 1.金属：V I R = （） l R s ρ=（） 单位：m Ω?和cm Ω? 1 = σρ （） 单位：/m S 和/cm S 2.半导体： 电流密度：通过垂直于电流方向的单位面积的电流，J=I s ??（） 单位：/m A 和/cm A 电场强度：= V l ε（）单位：/m V 和/cm V 均匀导体：J= I s （） 所以，J==I V l s Rs Rs εεσ==（） 上式表示半导体的欧姆定律，把通过导体某一点的电流密度和改点的电导率及电场强度直接联系起来，称为欧姆定律的微分形式。 二、漂移速度和迁移率 有外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿电场反方向作定向运动构成电流。电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动，定向运动的速度称为漂移速度。 电子的平均漂移速度为d v ，则其大小与电场强度成正比： d v με=（）其中，μ称为电子的迁移率，表示单位场强下电子的平均漂移速度，单位是
m 2 /V·s 或cm 2 /V·s。由于电子带负电，其d v 与E 反向，但μ习惯上只取正值， 即d v με = （） d J nqv =- 三、 半导体的电导率和迁移率 型半导体：n p ，0n n q σμ=（） 型半导体：p n ，0p p q σμ=（） 3.本征半导体：i n p n ==，()i n p n q σμμ=+（） 4.一般半导体：n p nq pq σμμ=+（） §载流子的散射 一、载流子散射的概念 在有外加电场时，载流子在电场力的作用下作加速运动，漂移速度应该不断增大，由式： d J nqv =-可知，电流密度将无限增大。但是由式：J σε=可知，电流密度应该是恒定的。 因此，二者互相矛盾。 （一）没有外电场作用时 在一定温度下： 半导体内部的大量载流子永不停息地做无规则的、杂乱无章的运动，称为热运动； } d v με =(4.110) J nq με=-(4.111) nq σμ=-电导率与迁移率之间的关系 实际中，存在破坏周期性势场的作用因素：杂质、缺陷、晶格热振动等。 一块均匀半导体，两端加以电压，在其内部形 成电场。 电子和空穴漂移运动的方向不同，但形成的电 流都是沿着电场方向的。 半导体中的导电作用应该是电子导电和空穴导 电的总和。
四年级下册科学实验教学提纲
1、点亮小灯泡 实验目的： 1、使学生知道只有电流流过灯丝时小灯泡才会发光；利用电来点亮一只小灯泡需要一个完整的电路；一个完整的电路可以使用相同的材料，而用不止一种方法建立起来；电池两端直接用导线连接在一起就会发生短路。 2、使学生会连接简单电路；观察、描述和纪录点亮小灯泡的实验现象；根据实验现象对电流的流向做出大胆的想像与推测。 3、使学生体会对周围事物进行有目的、细致地观察的乐趣；敢于根据现象做出大胆的想像与推测；激发进一步探究电的兴趣。 实验材料： 小灯泡、电池、导线等 要点亮小灯泡，看起来很简单，实际上有很多东西值得研究。也许学生们拿到导线、电池很快就能使一个小灯泡亮起来，但是他们并不一定了解电路的真正的意义。所以首先要引导学生对电路中的材料及其结构进行观察和认识，那么了解小灯泡的结构是观察的重点。
学生了解了小灯泡的结构后，再提供给学生一根导线、一节电池、一个小灯泡。导线大约10厘米长，两端分别除去外包皮约1.5厘米；干电池是1.5V的；小灯泡最好挑选电压最低的那种，这样连接在电路中比较亮，容易观察。 有了这些材料，学生们就可以尝试着点亮小灯泡了。同时应该让学生了解电在小灯泡里是怎样流动的。 电流从小灯泡的一个连接点进入，经过灯丝再从另一个连接点流出，才能使灯泡发光。 在此基础上，教材提供了四种连接方式，这四种连接方式比较典型，让学生都要尝试连一连，知道哪种连接小灯泡亮，哪种连接小灯泡不亮，比较一下它们各自的特点，加深对电路的理解。 1、导线连接小灯泡的锡粒与电池底部的锌壳，电池铜帽与小灯泡螺纹接触。（亮） 2、导线连接电池铜帽和底部的锌壳，小灯泡只有锡粒端接触电池铜帽。（不亮，短路） 3、导线连接电池铜帽和小灯泡螺纹，小灯泡的锡粒与电池锌壳接触。（亮） 4、导线连接小灯泡螺纹与电池旁的外壳，小灯泡的锡粒端接触电池铜帽。（不亮，断路）
半导体的导电性
半导体的导电性 1载流子的漂移运动和迁移率 欧姆定律 电流密度 指通过垂直于电流方向的单位面积的电流 漂移速度和迁移率 1.有外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿着电场的反方向作定向运动构成电 流。电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动，定向运动的速度称为漂移速度。 2.当导体内部电场E恒定时，电子应具有一个恒定不变的平均漂移速度v_d。电场强度增大时， 电流密度J也相应地增大，因而，平均漂移速度v_d也随着电场强度E的增大而增大，反之亦 然。 3.电子的迁移率μ的大小反映了载流子在外电场的作用下，载流子运动能力的强弱。 半导体的电导率和迁移率 1.半导体的导电作用是电子导电和空穴导电的总和。 2.导电的电子是在导带中，它们是脱离了共价键可以在半导体中自由运动的电子；而导电的空穴 是在价带中，空穴电流实际上是代表了共价键上的电子在价键间运动时所产生的电流。 3.在相同电场作用下，导带电子平均漂移速度>价带空穴平均漂移速度，就是说，电子迁移率>空 穴迁移率。 2载流子的散射 载流子散射的概念 1.在一定温度下，半导体内部的大量载流子即使没有电场作用，它们也不是静止不动的，而是永 不停息地作着无规则的、杂乱无章的运动，称为热运动。 2.载流子无规则热运动与热振动着的晶格原子、电离了的杂质离子发生碰撞，速度方向发生改 变，即电子波在传播时遭到了散射。 3.自由载流子，实际上只在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平 均路程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。 4.存在外电场时，一方面载流子受到电场力的作用，作定向漂移运动；另一方面载流子仍不断地 遭到散射，使运动方向不断发生改变。→运动方向和速度大小不断变化→漂移速度不能无限地积累→加速运动只在两次散射之间存在→平均漂移速度 半导体的主要散射机构 散射原因：周期性势场被破坏而存在附加势场。
小学科学四年级下册实验操作2
1、体验静电现象 实验目的：根据已有知识，运用逻辑推理，对观察到的现象进行合理的解释。 实验器材：塑料梳子、碎纸屑 实验过程： 1.检查器材 检查实验所需器材是否齐全； 2.静电实验 （1）用梳过干燥头发的塑料梳子慢慢接近碎纸屑，观察有什么现象发生。 （2）用梳过干燥头发的塑料梳子再一次靠近头发，观察有什么现象发生。 （3）分组讨论：怎样解释这两种现象呢？ （4）汇报交流 （5）从中得出什么结论？ 3.整理器材：实验完毕把器材整理好轻轻放回原处。 注意事项： 必须用塑料梳子，不能用木头梳子。 2、连接简单电路 实验目的：观察、描述和记录点亮小灯泡的实验现象，根据实验现象对电流的流向做出大胆的想象与推测。 实验器材：小灯泡1个导线1根电池1节 实验过程： 1.检查器材 检查实验所需器材是否齐全； 2.选择连接方式使小灯泡发光。 （1）导线连接小灯泡的螺纹与电池底部的锌壳，电池铜帽与小灯泡的锡粒接触，观察现象。 （2）导线连接小灯泡的锡粒与电池底部的锌壳，电池铜帽与小灯泡螺纹接触，观察现象。 （3）导线连接电池铜帽与小灯泡螺纹，小灯泡的锡粒与电池底部的锌壳接触，观察现象。 3.小组活动----连接这些实验器材，想办法使小灯泡亮起来，用手比划说说电流是怎么流动的？并做好记录，用箭头画出流动的方向。 4.组织学生汇报 5.尝试用多种方法点亮小灯泡 6.整理器材：实验完毕把器材整理好轻轻放回原处。 注意事项：选择两种连接方式，正确连接并点亮小灯泡。 3、使用电池盒和小灯座连接电路 实验目的：学会连接电路，了解一个完整电路的组成并且会把两个或两个以上的灯泡连接在一个完整电路中。
半导体的导电特性
半导体的导电特性 根据物质的导电能力可分为导体、半导体和绝缘体三大类，顾名思义半导体的导电能力介于导体绝缘体之间。硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。 半导体的导电特性 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等)。 1．本征半导体 本征半导体：完全纯净的、不含其它杂质的半导体通称本征半导体。 用得最多的是硅和锗，图1所示是硅和锗的原子结构图，它们都是四价元素，在原子的最外层轨道上都有四个价电子。 (a) 锗Ge (b) 硅Si 图1 硅和锗的原子结构 在本征半导体中，每个原子的一个价电子与另一原子的一个价电子组成一个电子对，并且对两个原子所共有，因此称为共价键。由共价键结构形成的半导体其原子排列都比较整齐，形成晶体结构，因此半导体又称为晶体，如图2所示。 图2 晶体中原子的排列方式本征半导体的导电机理
在本正半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合，每一个原子的一个价电子与另一个原子的一个价电子组成一个电子对。这对价电子是每两个相邻原子共有的，它们把相邻原子结合在一起，构成所谓的共价键结构，如图 3所示。 图3 硅单晶中的共价键结构 在共价键结构的晶体中，每个原子的最外层都有八个价电子，因此都处于比较稳定的状态。只有当共价键中的电子获得一定能量（环境温度升高或受到光照射）后，价电子方可挣脱原子核的束缚成为自由电子，并且在共价键中留下一个空位，称为空穴。如图4所示。 图4 空穴和自由电子的形成 在一般情况下，本征半导体中自由电子和空穴的数量都比较少，其导电能力很低。由于本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，因此在一定温度下，它们的产生和复合将达到动态平衡，使自由电子和空穴维持在一定数目上。温度愈高，自由电子和空穴的数量愈多，导电性能也愈好。所以，温度对半导体的性能影响很大。 当半导体外加电压时，在电场的作用下，半导体中将出现两部分电流：一是自由电子作定向运动形成的电子电流；二是有空穴的原子吸引相邻原子中的价电
材料的导电性
导体与绝缘体 教学目标 科学概念： 1、有的物质易导电，这样的物质叫做导体;有的物质不易导电，这样的物质叫做绝缘体 2、导电性是材料的基本属性之一。 过程与方法： 1、根据任务要求制定一个小组的研究计划，并完成设想的计划。 2、实施有关检测的必要步骤，并整理实验记录。 情感态度价值观： 1、学会与人合作。 2、培养尊重事实的实证精神。 3、小学生四年级科学导体与绝缘体教案：认识到井然有序的实验操作习惯和形成安全用电的意识是很重要的。 教学重点 教学难点 教学准备 为每组学生准备:木片、塑料片、陶瓷、纸板、橡皮、布、丝绸、皮毛、钢管、玻璃、铅笔、铜丝、铅丝、铝丝(易拉罐)、铁丝、卷笔刀、硬币、导线、插座、20种待检测的物体，一个电路检测器。一份科学检测记录表。 教学过程
一、观察导入： 1、观察简单的电路连接，说说电流在电路中是怎么流的。 2、讨论将电路中的导线剪断，会出现什么情况，为什么? 3、想办法重新接亮小灯泡，在此过程中引导学生发现电路检测器的两个金属头接在一起，小灯泡会亮，而把外面的塑料皮接触在一起或把金属头和塑料皮接触在一起，小灯泡就不会亮。 4、讨论：为什么电路检测器的两个金属头接在一起，小灯泡会亮，而把外面的塑料皮接触在一起或把金属头和塑料皮接触在一起，小灯泡就不会亮。 5、讲授：像铜丝那样容易让电流通过的物质叫做导体;像塑料那样不容易让电流通过的物质，叫做绝缘体。(板书：导体、绝缘体) 二、检测橡皮是导体还是绝缘体 1、提问：怎样检测一块橡皮是导体还是绝缘体呢? 2、预测橡皮能否通过电流使小灯泡发光，并做好记录。 3、使“电路检测器”的两个检测头相互接触，检验小灯泡是否发光。 4、用两个检测头接触橡皮的两端，观察小灯泡是否发光。 5、重复检测一次，并将检测时小灯泡“亮”或“不亮”的情况记录下来。 6、得出结论：橡皮是绝缘体。 三、检测20种物体的导电性：
物体导电性实验(修改稿)
物体导电性实验 教学内容:物体导电性实验 教学目标： 1、使学生通过简单的实验能够认识物体的导电性，并能够简单区分导体与绝缘体。 2、通过实验锻炼学生的合作能力与动手能力，激发学生科学实验的兴趣。 3、让学生在实验中体会到科学用电的现实意义并增强安全用电的意识。 教学用具：物体导电性相关实验材料，备用电池。 教学过程： 一、情境导入（3分钟） 1、在开始实验之前，我很想问一下大家一个小问题：人们常说“电老虎电老虎”，你知道为什么称“电”为“老虎”吗？ 说明:因为电很危险，有很多人因电致死。根据其危险性，人们便称之为“电老虎”。 2、导入： 电有的时候的确很危险,不少人因之丧命，全球每年都有很多人因电致死。据2005年的数据显示，在我国，每年至少有100个儿童触电致死。究其原因是因为人体直接或间接地接触了电。那究竟是哪些物体传导了电流呢？又是否会有物体对电流“免疫”呢？今天我们就一起来探索物体的导电性。（板书课题） 二、实验操作 1、介绍材料（1分钟） 小灯座、电池槽及电线、两个小夹子、一个小灯泡，一根细铁丝、一个塑料胶管、一根牙签 2、电路连接（5分钟）
（1）限制材料，小组合作，完成简单的电路连接，使灯泡发亮。教师巡视并指导 （2）教师展示电路的连接 （3）问题：只需要一个电源，两根电线，我们就能够使灯泡发亮。请同学们观察一下： 我们的电线是什么材料组成的？ 回答:铜线。 用铜线连接电源能够使灯泡发亮。这说明：铜线导电，因此，铜是“导体”（板书） 3、深入探索导体与绝缘体（10分钟） （1）用铁丝连接电路 （2）用塑料管连接电路 （3）用牙签连接电路 教师巡视指导，并适时总结导体与绝缘体。 （4）生活调查：你还知道哪些物体具有导电性？ 水-----不要用潮湿的物品接触电源 三、课堂小结： 今天，我们通过刚才的一些小实验，认识了导体和绝缘体，了解了日常生活中哪些物体能够导电，哪些物体不会导电。相信，通过今天的实验，大家已经了解了“电老虎”的一些特性，那么，对于生活中的一些现象一定也有了自己的一些认识。接下来，我就要请同学们来当一回小科学家，给大家解释一下下面的一些问题。 四、问题探讨（10分钟） 1、电线外面为什么要包一层塑料皮？ 2、如果有人触电，我们在找不到电源的情况下应该怎么做？还可以怎么办？
半导体物理习题参考答案第四章
第4章 半导体的导电性 2.试计算本征Si 在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm 2/V ?s 和500 cm 2/V ?s 。当掺入百万分之一的As 后，设杂质全部电离，试计算其电导率。掺杂后的电导率比本征Si 的电导率增 大了多少倍？ 解：将室温下Si 的本征载流子密度1.5?1010/cm 3及题设电子和空穴的迁移率代入电导率公式 ()i i n p n q σμμ=+ g 算得 500克Si 单晶的体积为3214.6 cm 2.33 V ==，于是知B 的浓度 ∴18 16-32.510 1.1610 cm 214.6 A Z N V ?===? 室温下硅中此等浓度的 B 杂质应已完全电离，查表4-14知相应的空穴迁移率为400 cm 2/V ?s 。故 161911 1.35cm 1.1610 1.610400 A p N q ρμ-===Ω????? 6. 设Si 中电子的迁移率为0.1 m 2/(V .s)，电导有效质量m C =0.26m 0，加以强度为104V/m 的电场，试
求平均自由时间和平均自由程。 解：由迁移率的定义式*n c c q m τμ=知平均自由时间 *c c n m q μτ?= 代入相关数据，得 3113190.269.1100.1 1.48101.610 n s τ---???==?? 8. 0.1A 的 。 为5.3?10 cm 的施主。 10. 试求本征Si 在473K 时的电阻率。 解：由图4-13查出T=473K 时本征硅中电子和空穴的迁移率分别是 2440 cm /V s n μ=?，2140 cm /V s p μ=? 在温度变化不大时可忽略禁带宽度随温度的变化，则任意温度下的本征载流子密度可用室温下的等效态密度 N C (300)和N V (300)、禁带宽度E g (300)和室温kT=0.026eV 表示为 3/23(300)300()(300)(300)(exp() cm 3000.026g i C V E T n T N N T ?=－
物体导电性测试器教具说明
物体导电性测试器说明 教具名称：物体导电性测试器 教具制作人单位、邮编： 贵州省石阡县坪地场小学毛明水、张德才555102 制作时间：2009-3-22 教具装置图： 仪器或特点及用途： 1、特点：本教具组合式结构，各组件用胶水粘贴在底板上并用导线连接，运用开关控制便于教学中分层使用。 2、用途： （1）、适用于小学科学科教版四年级下册第一章《电》第4课《电路出故障》、第5课《导体和绝缘体》的教学。 （2）、适用于小学科学苏教版五年级上册第二章《电》第2课《导体和绝缘体》的教学。 制作材料： 塑料底板1板，小块有机玻璃2块，3v电池盒1副，三极管9013、
8550各1只，100Ω电阻1只，废弃电子线路集成板两块，发光二极管1只，3v电灯泡及灯座1副，小鳄鱼夹1对，强力胶水适当，导线若干，回形针2只，图钉4颗。 制作方法： 1、制作底板 参照下图在塑料底板上选择合适钻A、B、C、D四个小孔，将电池盒用胶水粘于相应的位置上，电源线可钻孔穿过底板，然后用导线将相应点接好（注意应注明正负极）。 图1 2、制作电流放大器组件 （1）参照图2在线路集成板上制作电流放大器，也可参照图3制作电流放大器 图2 图3 （2）、接入导线：用导线与相应接点联接。
（3）、将制作好的电流放大器用胶水粘贴到底板上的C、D处，并用透明的物体罩住，以免在用时损坏电流放大器。 3、制作显示组件 （1）、将电灯泡用灯座安装在底板上相应的位置，并且用图钉和回形针安上开关。 （2）、将发光二极管用电路集成板焊接好后用胶水粘在有机玻璃上，然后再将发光二极管用胶水粘在底板上A、B处，并且安上用图钉和回形针开关。 4、制作检测线 取两根较长的导线，导线的两端分别接上小鳄鱼夹，并且与电流放大器相接。 5、按照图4连接线路。 图4 6、即时进行美化。 三、使用方法 1、将测试的（比如导电性能好的铁、铜等金属）导体与测试两端相
第四章 半导体的导电性教案资料
第四章半导体的导电 性
第四章 半导体的导电性 引言 前几章介绍了半导体的一些基本概念和载流子的统计分布，还没有涉及到载流子的运动规律。本章主要讨论载流子在外加电场作用下的漂移运动，讨论半导体的迁移率、电导率、电阻率随温度和杂质浓度的变化规律，以及弱电场情况下电导率的统计理论和强电场情况下的效应，并介绍热载流子的概念。 载流子的漂移运动和迁移率 一、欧姆定律 1.金属：V I R =（4.1-1） l R s ρ=（4.1-2） 单位：m Ω?和cm Ω? 1=σρ （4.1-3） 单位：/m S 和/cm S 2.半导体： 电流密度：通过垂直于电流方向的单位面积的电流，J=I s ??（4.1-4） 单位：/m A 和/cm A 电场强度：=V l ε（4.1-5）单位：/m V 和/cm V 均匀导体：J=I s （4.1-6） 所以，J==I V l s Rs Rs εεσ==（4.1- 7） 上式表示半导体的欧姆定律，把通过导体某一点的电流密度和改点的电导率及电场强度直接联系起来，称为欧姆定律的微分形式。 二、漂移速度和迁移率
有外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿电场反方向作定向运动构成电流。电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动，定向运动的速度称为漂移速度。 电子的平均漂移速度为d v ，则其大小与电场强度成正比： d v με=（4.1-8）其中，μ称为电子的迁移率，表示单位场 强下电子的平均漂移速度，单位是m 2/V·s 或cm 2/V·s。 由于电子带负电，其d v 与E 反向，但μ习惯上只取正值， 即d v με= （4.1-9） d J nqv =- 三、 1.n 型半导体：n p ，0n n q σμ=（4.1-12） 2.p 型半导体：p n ，0p p q σμ=（4.1-13） 3.本征半导体：i n p n ==，()i n p n q σμμ=+（ 4.1-14） 4.一般半导体：n p nq pq σμμ=+（4.1-15） §4.2载流子的散射 一、载流子散射的概念 在有外加电场时，载流子在电场力的作用下作加速运}d v με=(4.110)J nq με=-(4.111) nq σμ=-电导率与迁移率之 间的关系 实际中，存在破坏周期性势场的作用因素：杂质、 一块均匀半导体，两端加以电压，在 其内部形 成电场。 电子和空穴漂移运动的方向不同，但形成的电 流都是沿着电场方向的。 半导体中的导电作用应该是电子导电和空穴导 电的总和。
第四章第一节半导体的导电特性
1、下列描述中不属于本征半导体的基本特征是______。 A．温度提高导电能力提高 B．有两种载流子 C．电阻率很小，接近金属导体 D．参杂质后导电能力提高 2、若在本征半导体中掺入某些适当微量元素后，若以空穴导电为主的称______，若以自由电子导电为主的称______。 A．PNP型半导体／NPN型半导体 B．N型半导体／P型半导体 C．PN结／PN结 D．P型半导体／N型半导体 3、一般来说，本征半导体的导电能力______，当掺入某些适当微量元素后其导电能力______。A．很强／更强 B．很强／降低 C．很弱／提高 D．很弱／更弱 4、在P型半导体中多数载流子是______，在N型半导体中多数载流子是______。 A．空穴／自由电子 B．自由电子／空穴 C．空穴／共价键电子 D．负离子／正离子 5、N型半导体中的多数载流子是______。 A．自由电子 B．空穴 C．束缚电子 D．晶格上的离子 6、P型半导体中的多数载流子是______。 A．自由电子 B．空穴 C．束缚电子 D．晶格上的离子 7、关于P、N型半导体内参与导电的介质，下列说法最为合适的是______。 A．自由电子、空穴、位于晶格上的离子 B．无论P型还是N型半导体，自由电子、空穴都是导电介质 C．对于P型半导体，空穴是唯一的导电介质 D．对于N型半导体，空穴是唯一的导电介质 8、对于半导体材料，若______，导电能力减弱。 A．环境温度降低 B．掺杂金属元素 C．增大环境光照强度 D．掺杂非金属元素 9、金属导体的电阻率随温度升高而______；半导体的导电能力随温度升高而______。
半导体材料导电类型的测定
实验1 半导体材料导电类型的测定 1．实验目的 通过本实验学习判定半导体单晶材料导电类型的几种方法。 2．实验内容 用冷热探针法和三探针法测量单晶硅片的导电类型。 3．实验原理 3.1 半导体的导电类型是半导体材料重要的基本参数之一。在半导体器件的生产过程中经常要根据需要采用各种方法来测定单晶材料的导电类型。测定材料导电类型的方法有很多种，这里介绍常用的几种测定导电类型的方法，即冷热探针法、单探针点接触整流法和三探针法。 3.1.1 冷热探针法 冷热探针法是利用半导体的温差电效应来测定半导体的导电类型的。在图1a中，P型半导体主要是靠多数载流子——空穴导电。在P型半导体未加探针之前，空穴均匀分布，半导体中处处都显示出电中性。当半导体两端加上冷热探针后，热端激发的载流子浓度高于冷端的载流子浓度，从而形成了一定的浓度梯 度。于是，在浓度梯度的驱使下，热端的空穴就 向冷端做扩散运动。随着空穴不断地扩散，在冷 端就有空穴的积累，因而带上了正电荷，同时在 热端因为空穴的欠缺(即电离受主的出现)而带上 了负电荷。上述正负电荷的出现便在半导体内部 形成了由冷端指向热端的电场。于是，冷端的电 势便高于热端的电势，冷热两端就形成了一定的 电势差，这一效应又称为温差电效应，这个电势 差又称为温差电势。如果此时在冷热探针之间接 入检流计，那么，在外电路上就会形成由冷端指 向热端的电流，检流计的指针就会向一个方向偏 转。从能带的角度来看，在没有接入探针前，半 导体处于热平衡状态，体内温度处处相等，主能 带是水平的，费米能级也是水平的。在接入探针 以后，由于冷端电势高于热端电势，所以冷端主 能带相对于热端主能带向下倾斜，同时由于冷端 温度低于热端，故热端的费米能级相对于冷端的 费米能级来说，距离价带更远，如图1b所示。 如果我们将上述的P型半导体换成N型半导 体，则电子做扩散运动，在冷端形成积累。由于
第四章半导体的导电性
第四章半导体的导电性 引言 前几章介绍了半导体的一些基本概念和载流子的统计分布，还没有涉及到载流子的运动规律。本章主要讨论载流子在外加电场作用下的漂移运动，讨论半导体的迁移率、电导率、电阻率随温度和杂质浓度的变化规律，以及弱电场情况下电导率的统计理论和强电场情况下的效应，并介绍热载流子的概念。 §载流子的漂移运动和迁移率 一、欧姆定律 1.金属： V I R =（） l R s ρ =（）单位：m Ω?和cm Ω? 1 = σ ρ （）单位：/m S和/cm S 2.半导体： 电流密度：通过垂直于电流方向的单位面积的电流，J= I s ? ? （）单位：/m A和/cm A 电场强度：= V l ε（）单位：/m V和/cm V 均匀导体：J= I s （）所以，J== I V l s Rs Rs ε εσ ==（） 上式表示半导体的欧姆定律，把通过导体某一点的电流密度和改点的电导率及电场强度直接联系起来，称为欧姆定律的微分形式。 二、漂移速度和迁移率 有外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿电场反方向作定向运动构成电流。电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动，定向运动的速度称为漂移速度。 电子的平均漂移速度为 d v，则其大小与电场强度成正比： d vμε =（）其中，μ称为电子的迁移率，表示单位场强下电子的平均漂移速度，单 位是m2/V·s 或cm2/V·s。由于电子带负电，其 d v与E反向，但μ习惯上只取正值，即d v μ ε =（） d J nqv =- 扩散运动：载流子 浓度 漂移运动：外加电 场 } d vμε = (4.110) J nqμε =-(4.111) nq σμ =- 电导率与迁移率之间的 关系 实际中，存在破坏周期性势场的作用因素：杂质、缺陷、晶格热振动等。