照明半導體的導電機理

　　當在一塊半導體的兩端加上電壓后，則價(jià)電子在無(wú)規則的熱運動(dòng)基礎上疊加了由電場(chǎng)引起的定向運動(dòng)，形成了電流，并且它的運動(dòng)狀態(tài)也發(fā)生了變化，因而其運動(dòng)能量必然與原來(lái)熱運動(dòng)時(shí)有所不同。在晶體中，根據泡利不相容原理，每個(gè)能級上最多能容納兩個(gè)電子。因此，要改變晶體中電子的運動(dòng)狀態(tài)，以便改變電子的運動(dòng)能量，使它躍遷到新的能級中去，一般需要滿(mǎn)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)能級是空的。

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

　　如果價(jià)帶中填滿(mǎn)了電子而沒(méi)有空能級，在外加電場(chǎng)的作用下，電子又沒(méi)有足夠能量激發(fā)到導帶，那么，電子運動(dòng)狀態(tài)無(wú)法改變，因而不能形成定向運動(dòng)，也就沒(méi)有電流。因此，填滿(mǎn)電子的價(jià)帶中的電子是不能導電的。如果價(jià)帶中的一些電子在外界作用下躍遷到導帶，那么在價(jià)帶中就留下了缺乏電子的空位?？梢栽O想，在外加電場(chǎng)作用下，鄰近能級的電子可以躍人這些空位，而在這些電子原來(lái)的能級上又出現了新的空位。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，對于有電子空位的價(jià)帶，其電子運動(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(lái)熱運動(dòng)上疊加了定向運動(dòng)，從而形成了電流。

　　導帶和價(jià)帶電子的導電情況是有區別的，即：導帶的電子越多，其導電能力越強；而價(jià)帶的電子的空位越多，即電子越少，其導電能力就越強，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，符號相反。在電場(chǎng)作用下，它可以自由地在晶體中運動(dòng)，像導帶中的電子一樣能夠起導電作用，這種價(jià)帶中的電子空位，通常稱(chēng)為空穴。南干由．子和率穴都能導電．一般把官們統稱(chēng)為載流子n完傘純凈和結構完整的半導體稱(chēng)為本征半導體。

　　假設在絕對零度耐，又不受光、電、磁等外界作用的本征半導體能帶圖。此時(shí)，導帶沒(méi)有電子，價(jià)帶也沒(méi)有空穴。因此，這時(shí)的本征半導體和絕緣體一樣，不能導電。但是，由于半導體的禁帶寬度Eg較小，因而在熱運動(dòng)或其他外界因素的作用下，價(jià)帶的電子可激發(fā)躍遷到導帶。這時(shí)，導帶有了電子，價(jià)帶也有了空穴，本征半導體就有導電能力。電子由價(jià)帶直接激發(fā)躍遷到導帶稱(chēng)為本征激發(fā)。對于本征半導體來(lái)說(shuō)，其載流子只能依靠本征激發(fā)產(chǎn)生。因此，導帶的電子和價(jià)帶的空穴是相等的，這就是本征半導體的導電機理的特性。

　　實(shí)際上，晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的，半導體的許多特性是由所摻的雜質(zhì)和缺陷決定的。雜質(zhì)和缺陷對半導體有決定性的影響，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相對應的（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(huà)說(shuō)，雜質(zhì)的能級可以在晶體能級的禁帶中，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電。能夠導電的電子一般是導帶中的電子。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(chēng)為施主雜質(zhì)，因為它能給予電子；在離子晶體中，間隙中的正離子或負離子缺位，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(chēng)為施主能級。

　　在硅晶體中，當用具有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(lái)呈電中性，當它接收了一個(gè)電子時(shí)，成了一個(gè)負電中心。具有這種特點(diǎn)的雜質(zhì)稱(chēng)為受主雜質(zhì)，因為它能接受電子。受主的空能量狀態(tài)稱(chēng)為受主能級。在離子晶體中，正離子缺位或間隙負離子都同樣起著(zhù)負電中心的作用，也是受主。

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

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

　　一般，受主能級離價(jià)帶頂較近，即在半導體中摻入某一雜質(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)帶中的空穴遠多于導帶中的電子。這種主要由空穴導電的半導體，稱(chēng)為P型半導體。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(lèi)和數量對半導體的導電性能影響很大。在N型半導體中，由于n≥p，一般把電子稱(chēng)為多數載流子，而空穴稱(chēng)為少數載流子；在P型半導體中，則與上相反，空穴稱(chēng)為多數載流子，電子為少數載流子。