多数载流子与少数载流子之间的关系
多子与少子
多子和少子的形成:五价元素的原子有五个价电子，当它顶替晶格中的四价硅原子时，每个五价元素原子中的四个价电子与周围四个硅原子以共价键形式相结合，而余下的一个就不受共价键束缚，它在室温时所获得的热能足以便它挣脱原子核的吸引而变成自由电子，如图所示。
出于该电子不是共价键中的价电子，因而不会同时产生空穴。
而对于每个五价元素原子，尽管它释放出一个自由电子后变成带一个电子电荷量的正离子，但它束缚在晶格中，不能象载流子那样起导电作用。
这样，与本征激发浓度相比，N型半导体中自由电子浓度大大增加了，而空穴因与自由电子相遇而复合的机会增大，其浓度反而更小了。
多子---在N型半导体中，将自由电子称为多数载流子，简称多子；少子---在N型半导体中，空穴称为少数载梳子，简称少子。
施主杂质---将五价元素称为施主杂质，它是受晶格束缚的正离子。
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑）是施主杂质，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。
每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。
LED发光原理：发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP （磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
电子技术基础
《电子技术基础》节后思考与问题解答第1章节后思考与问题解析1.1 思考与问题解答：1、什么是本征激发？什么是复合？少数载流子和多数载流子是如何产生的？答：由于温度升高、光照作用等原因，使本征半导体中的价电子挣脱共价键的束缚游离到晶体中成为自由电子的现象称为本征激发，同样原因使价电子跳进相邻空穴的填补运动称为复合。
在本征半导体中掺入五价杂质元素后，自由电子数量浓度大大于空穴载流子数量而成为多了；掺入三价杂质元素后，空穴载流子浓度大大于自由电子载流子数量而成为多子。
2、半导体的导电机理和金属导体的导电机理有何区别？答：金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电，而半导体中有自由电子和空穴两种载流子同时参与导电，这是它们导电机理上的本质区别。
3、什么是本征半导体？什么是N型半导体？什么是P型半导体？答：经过提纯工艺后，使半导体材料成为具有共价键结构的单晶体，称为本征半导体。
在本征半导体中掺入五价杂质元素后可得到N型半导体，N型半导体中多子是自由电子，少子是空穴，定域的离子带正电；本征半导体中掺入三价杂质元素后可得到P型半导体，P型半导体中多子是空穴，少子是自由电子，定域的离子带负电。
4、由于Ｎ型半导体中多数载流子是电子，因此说这种半导体是带负电的。
这种说法正确吗？为什么？答：无论多子是自由电子或是空穴，只是载流子的数量不同，对于失电子的原子来讲，成为正离子，对于得电子的原子来讲，成为负离子。
但是，整块半导体晶体中的正、负电荷数并没有发生变化，所以半导体本身呈电中性。
5、试述雪崩击穿和齐纳击穿的特点。
这两种击穿能否造成PN结的永久损坏？答：雪崩击穿是碰撞式的击穿，通常在强电场下发生；齐纳击穿是场效应式的击穿，这两种击穿都属于电击穿，电击穿可逆，通常不会造成PN结的永久损坏。
6、何谓扩散电流？何谓漂移电流？何谓PN结的正向偏置和反向偏置？PＮ结具有哪种显著特性？答：PN结正向偏置时通过的多子形成的电流称为扩散电流，PN结反向偏置时出现的少子形成的电流叫做漂移电流。
半导体的热平衡条件和电中性条件
（热平衡条件和非平衡条件分别怎样？在室温下，为什么多数载流子浓度与温度的关系不大、而少数载流子浓度则否？在热平衡的不均匀系统中，为什么会出现内建电场？Fermi能级和准Fermi能级的适用条件分别怎样？什么是电中性条件？为什么根据电中性条件可以求出普遍情况下的平衡载流子浓度？为什么向半导体中能够注入少数载流子、而不能注入多数载流子？为什么非平衡电子浓度必须等于非平衡空穴浓度？）————————————————————半导体中的多数载流子浓度与少数载流子浓度之间，在热平衡状态时，存在着一定的关系，这就是所谓热平衡条件。
对于存在多种带电粒子（载流子和电离杂质中心）的半导体，不管是在热平衡状态、还是在非平衡状态，它的内部总是保持为电中性——电中性条件。
（1）热平衡条件：在一定的温度下，半导体不管是否已经掺杂，由于半导体禁带宽度不是很大，则其中必然存在一定数量的载流子——电子和空穴；而且这两种载流子的浓度之间存在着一定的制约关系，这种关系就决定于热平衡条件。
①对于本征半导体，其中的载流子（本征载流子）都是由于共价键的断裂而产生出来的；断裂一个共价键（称为本征激发，即价带电子跃迁到导电），就产生出一个电子-空穴对（一个空穴也就是一个共价键空位）。
而在本征激发的同时，也有相反的一种过程——电子-空穴对的直接复合（即导带电子落入共价键空位）。
在一定温度下，本征激发与直接复合这两个过程不断相互竞争，就使得系统达到热平衡状态。
这种竞争过程类似于平衡的化学反应，则根据“电化学反应”的质量作用定律有：电子+ 空穴←→ 完整的共价键若电子和空穴的热平衡浓度分别为nno和pno，则有nno pno = 常数。
这就是所谓的热平衡条件（或者热平衡关系）。
由于本征半导体有nno = pno = ni，则可把热平衡条件表示为热平衡条件说明，在温度一定时，当其中一种载流子浓度增大时，则必将引起另一种载流子浓度减小。
②对于掺杂半导体，例如n型半导体，掺杂就使得电子浓度大大增加，则电子-空穴对的复合几率增大，与此同时，电子-空穴对的产生几率也将增大，因此仍然维持着以上的热平衡条件。
少数载流子(minoritycarrier)百科物理
少数载流子（minoritycarrier）百科物理
苏霍姆林斯基说：让学生变得聪明的办法，不是补课，不是增加作业量，而是阅读、阅读、再阅读。
学生知识的获取、能力的提高、思想的启迪、情感的熏陶、品质的铸就很大程度上来源于阅读。
我们应该重视它，欢迎阅读少数载流子(minoritycarrier)百科物理。
少数载流子（minoritycarrier）
少数载流子(minoritycarrier)
同一种半导体材料中与多数载流子带相反电荷的载流子。
如n型半导体中的空穴和p型半导体中的电子均为少数载流子。
热平衡条件下，非简并半导体中电子浓度n与空穴浓度p满足
`np=n_i^2CT^3e^{-frac{E_g}{KT}}`
其中ni为本征载流子浓度，Eg为禁带宽度。
T为温度。
因此在本征激发尚不显著的温度范围内，多数载流子浓度可以近似认为与掺杂浓度相等，基本不随温度而改变。
少数载流子浓度随温度升高而迅速增加。
对于同种半导体，掺杂浓度越高，少数载流子浓度越低。
对于相同掺杂浓度，材料的禁带宽度Eg越大，少数载流子浓度越低。
虽然热平衡少数载流子对电导的作用较小，但非平衡少数载流子对电导的作用较小，但非平衡少数载流子，如pn结正向注入的非平衡少数载流子，对器件的工作起支配作用。
感谢阅读少数载流子(minoritycarrier)百科物理，希望大家从中得到启发。
多数载流子与少数载流子的特性比较
多数载流子与少数载流子的特性比较2009-11-02 20:09:52| 分类：微电子物理| 标签：|字号大中小订阅作者：Xie M. X. (UESTC，成都市)l 载流子浓度：对于n型半导体，如果掺杂浓度为ND，则在杂质全电离情况下，其中多数载流子浓度为：n0 ≈ ND，即多数载流子浓度基本上决定于掺杂浓度。
假若杂质未全电离，则多数载流子浓度决定于杂质的电离程度，随着杂质的不断电离，多数载流子浓度也不断增大（与温度有指数函数关系）。
而少数载流子浓度，在杂质全电离情况下，可根据热平衡关系n0 p0 = ni2，得到为p0 = ni2 / n0 ≈ ni2 / ND。
这就是说，少数载流子浓度基本上决定于本征激发过程，并且与掺杂浓度有关。
掺杂浓度越高，少数载流子浓度就越低；掺杂浓度越低，少数载流子浓度就越高。
总之，对于Si器件，在室温附近，一般杂质是全电离的，这时多数载流子浓度基本上与温度无关，可近似等于掺杂浓度；而少数载流子浓度则与温度有指数函数的关系（决定于本征激发）。
这种不同的多数载流子浓度与少数载流子浓度的温度关系，也就决定了多数载流子器件（场效应器件）与少数载流子器件（双极型器件）在性能上的不同温度关系。
l 载流子的运动：载流子的运动形式基本上有两种，即漂移运动和扩散运动。
这两种运动所产生的电流大小分别决定于不同的因素：漂移电流主要决定于多数载流子浓度和电场的大小；扩散电流主要决定于载流子的浓度梯度，而与浓度本身的大小无关。
半导体与金属一样，其内部都需要保持电中性（表面不需要保持电中性，可以带有电荷）。
对于多数载流子而言，由于电中性的要求，在半导体中很难形成明显的浓度梯度，所以扩散电流往往可以忽略；但是少数载流子则恰恰相反，能够在出现很大浓度梯度的情况下保持电中性，所以数量很少的少数载流子可以产生很大的扩散电流。
总之，多数载流子电流主要以漂移电流为主，少数载流子电流则主要以扩散电流为主。
第1章模拟电子技术基础(第4版)课后习题答案(周良权)
《模拟电子技术基础》第4版习题解答第1章半导体二极管及其基本应用电路一、填空题1．1 在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于，而少数载流子的浓度则与有很大关系。
1．2 在N型半导体中，多子是，少子是；在P型半导体中，多子是，少子是。
1．3二极管具有性；当时，二极管呈状态；当时，二极管呈状态。
1．4 2APl2型二极管是由半导体材料制成的；2CZ52A型二极管是由半导体材料制成的。
1．5在桥式整流电路中接入电容C(与负载并联)滤波后，输出电压较未加C时，二极管的导通角，输出电压随输出电流的增大而。
二、选择正确答案填空(只需选填英文字母)1．6二极管正向电压从0．7 V增大15％时，流过的电流增大(a．15％；b．大于15％；c．小于15％)。
1．7当温度升高后，二极管的正向压降将，反向电流将(a．增大；b．减小；c．不变)。
1．8利用二极管的组成整流电路(a1．正向特性；b1．单向导电性；c1．反向击穿特性)。
稳压二极管工作在状态下，能够稳定电压(a2．正向导通；b2．反向截止；c2．反向击穿)。
三、判断下列说法是否正确(用√或×号表示)1．9在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质，可以改型为P型半导体。
( )1．10 PN结的伏安特性方程可以描述PN结的正向特性和反向特性，也可以描述其反向击穿特性。
( )1．11 在桥式整流电路中，如用交流电压表测出变压器二次侧的交流电压为40 V，则在纯电阻负载两端用直流电压表测出的电压值约为36 V。
( ) 1．12光电二极管是受光器件，能将光信号转换为电信号。
( ) 解答：1.1 杂质浓度温度1.2 电子空穴空穴电子1.3 单向导电性 正向偏置 导通 反向偏置 截止1.4 N 型锗材料 N 型硅材料1.5 增大 减小 减小1.6 （b ）1.7 （b ） （a ）1.8 （b 1） （c 2）1.9 （√）1.10 （×）1.11 （√）1.12 （√）1．13某硅二极管在室温下的反向饱和电流为910-A ，求外加正向电压为0．2 V 、0．4 V 时二极管的直流电阻R D 。
模拟电子技术基础复习题(基础知识填空和简答)
习题1一、填空题1、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的 杂质浓度 ，而少数载流子的浓度则与 温度 有很大关系。
2、当PN 结外加正向电压时，扩散电流 大于 漂移电流，耗尽层 变窄 。
当外加反向电压时，扩散电流 小于 漂移电流，耗尽层 变宽 。
3、在N 型半导体中，电子为多数载流子， 空穴 为少数载流子。
二．判断题1、由于P 型半导体中含有大量空穴载流子，N 型半导体中含有大量电子载流子，所以P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。
（ × ）2、在N 型半导体中，掺入高浓度三价元素杂质，可以改为P 型半导体。
（ √ ）3、扩散电流是由半导体的杂质浓度引起的，即杂质浓度大，扩散电流大；杂质浓度小，扩散电流小。
（× ）4、本征激发过程中，当激发与复合处于动态平衡时，两种作用相互抵消，激发与复合停止。
（ × ）5、PN 结在无光照无外加电压时，结电流为零。
（ √ ）6、温度升高时，PN 结的反向饱和电流将减小。
（ × ）7、PN 结加正向电压时，空间电荷区将变宽。
（× ）三．简答题1、PN 结的伏安特性有何特点？答：根据统计物理理论分析，PN 结的伏安特性可用式)1e (I I T V VsD -⋅=表示。
式中，I D 为流过PN 结的电流；I s 为PN 结的反向饱和电流，是一个与环境温度和材料等有关的参数，单位与I 的单位一致；V 为外加电压； V T =kT/q ，为温度的电压当量（其单位与V 的单位一致），其中玻尔兹曼常数k .J /K -=⨯2313810，电子电量)(C 1060217731.1q 19库伦-⨯=，则)V (2.11594T V T =，在常温（T=300K ）下，V T =25.875mV=26mV 。
当外加正向电压，即V 为正值，且V 比V T 大几倍时，1e T V V>>，于是T V V s e I I ⋅=，这时正向电流将随着正向电压的增加按指数规律增大，PN 结为正向导通状态.外加反向电压，即V 为负值，且|V|比V T 大几倍时，1e T V V <<，于是s I I -≈，这时PN 结只流过很小的反向饱和电流，且数值上基本不随外加电压而变，PN 结呈反向截止状态。
半导体物理知识点及重点习题总结周裕鸿
基本概念题：第一章 半导体电子状态 1.1 半导体通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多。
例： 1简述Si Ge ,GaAs 的晶格结构。
2什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。
在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥Eg ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。
其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。
如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。
对半导体的理解：半导体导体 半导体 绝缘体电导率ρ <310- 9310~10- 910> cm ∙Ω此外，半导体还有以下重要特性1、 温度可以显著改变半导体导电能力例如：纯硅（Si ） 若温度从 30C 变为C 20时，ρ增大一倍 2、 微量杂质含量可以显著改变半导体导电能力例如：若有100万硅掺入1个杂质（P . Be ）此时纯度99.9999% ，室温（C27 300K ）时，电阻率由214000Ω降至0.2Ω3、 光照可以明显改变半导体的导电能力例如：淀积在绝缘体基片上（衬底）上的硫化镉（CdS ）薄膜，无光照时电阻（暗电阻）约为几十欧姆，光照时电阻约为几十千欧姆。
另外，磁场、电场等外界因素也可显著改变半导体的导电能力。
【补充材料】半导体中的自由电子状态和能态势场 → 孤立原子中的电子——原子核势场+其他电子势场下运动 ↘ 自由电子——恒定势场（设为0）↘ 半导体中的电子——严格周期性重复排列的原子之间运动 ⅰ.晶体中的薛定谔方程及其解的形势V(x)的单电子近似：假定电子是在①严格周期性排列②固定不动的原子核势场③其他大量电子的平均势场下运动。
↓ ↓（理想晶体） （忽略振动）意义：把研究晶体中电子状态的问题从原子核—电子的混合系统中分离出来，把众多电子相互牵制的复杂多电子问题近似成为对某一电子作用只是平均势场作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
多数载流子与少数载流子之间的关系
Xie Meng-xian. (电子科大，成都市)
在同一块半导体中，多数载流子与少数载流子是紧密关联着的一对电荷载体。
它们的性质虽然大不相同（详见“多数载流子与少数载流子的特性比较”），但是它们之间的关系却非同寻常，例如：
（1）载流子浓度之间有反比关系：
少数载流子浓度基本上决定于本征激发过程，但是与多数载流子浓度（掺杂浓度）有关：掺杂浓度越高，少数载流子浓度就越低；掺杂浓度越低，少数载流子浓度就越高。
例如，对于n 型半导体，在杂质全电离情况下，可根据热平衡关系n 0 p 0 = n i 2，得到少数载流子浓度为
p 0 = n i 2 / n 0 ≈ n i 2 / N D
（2）载流子浓度的变化同步：
为了保持半导体内部的电中性，注入到半导体中有多少少数载流子，就必将同时产生出相同数量的多数载流子（Δn=Δp ）；当少数载流子存在浓度梯度时，就必将有同样的多数载流子浓度梯度（d Δn/dx=d Δp/dx ）。
（3）运动速度之间有正比关系：
多数载流子的运动主要是漂移，其主要性能参量是迁移率；少数载流子的运动主要是扩散，其主要性能参量是扩散系数。
虽然这两种运动的性质不同，但是从运动快慢上来看，它们应当是一致的，即迁移率与扩散系数之间存在着Einstein 关系：
n n q kT D μ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=， p p q kT D μ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= （4）少数载流子对多数载流子的影响：
在少数载流子浓度很大（大注入）时，多数载流子的迁移率将会明显降低。
例如，对于非简并半导体，虽然其迁移率主要是受到电离杂质散射和晶格振动散射的限制，但在有少数载流子大量注入时，则迁移率将要减小大约0.6倍。
大量少数载流子会影响到多数载流子的迁移率，这主要是由于载流子之间散射的影响所致。
虽然载流子之间的散射对总体的运动速度影响不大，但是因为半导体中总是同时存在几种不同的散射机构，载流子之间的散射要影响到其它的散射机构，所以会导致迁移率降低。
不过，在注入少数载流子浓度不是很大时，载流子之间的散射往往可以忽略，故迁移率基本上保持为常数。