学习情境二　硅半导体与非晶硅材料 免费试读
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文档简介

2.1半导体材料

 

1839年，贝克勒尔发现了某些材料在被曝光时产生电流的现象，也就是所谓的光电伏特效应，是光伏器件或太阳能电池工作的基础。

太阳能电池是由半导体材料制造而成的，这种材料在低温下是绝缘体，但在有能量或热

量输入时就成为了导体。目前，由于硅材料的技术最为成熟，大多数太阳能电池是用硅材料制造的。人们也正在积极地研究其他可以取代硅的材料。

（1）半导体的共价键结构

半导体的共价键结构如图2-1（a）所示。

所谓共价键就是原子间通过共享电子所形成的化学键。

（2）本征半导体

完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体，称为本征半导体（intrinsicsemiconductor）。本征半导体一般是指导电主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。硅和锗都是四价元素，其原子核最外层有四个价电子。它们都是由同一种原子构成的“单晶体”，属于本征半导体。

 

化学成分纯净的半导体，它在物理结构上呈单晶体形态，如图2-1（b）所示。

图2-1硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构

 

半导体材料的电学特性通常可以采用两种模型来解释，分别是化学键模型和能带模型，下面分别讨论这两种模型。

2.1.1化学键模型

化学键模型是用将硅原子相结合的共价键来描述硅半导体的运动特性。图2-1显示了电子在硅材料晶格里的成键和移动。

在低温下，这些共价键是完好的，硅材料显示出绝缘体的特性。但遇到高温情况时，一些共价键就被破坏，此时有两种过程可以使硅材料导电：

①电子从被破坏掉的共价键中释放出来自由运动；

②电子也能从相邻的共价键中移动到由被破坏的共价键所产生的“空穴”里，而那个相邻的共价键便遭到破坏，如此使得遭破坏的共价键或称空穴得以传播，如同这些空穴具有正电荷一样。

 

空穴运动的概念类似于液体中气泡的运动。气泡的运

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