等離子體法制備質(zhì)子交換膜導(dǎo)電特性的研究結(jié)題摘要

半導(dǎo)體具有獨(dú)特的導(dǎo)電性能。當(dāng)環(huán)境溫度升髙或有光照時(shí)，它們的導(dǎo)電能力 會(huì)顯著增加，所以利用這些特性可以做成各種溫敏元件（如熱敏電阻）和各種光 敏元件（如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等）。更重要的是，如果在純諍 的半導(dǎo)體中加入適量的微量雜質(zhì)后，可使其導(dǎo)電能力增加至數(shù)十萬(wàn)倍以上。利用 這一特性，已經(jīng)做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件（如二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管 和晶閘管等）。 溫度、光照和適量摻入雜質(zhì)這三種因素對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的強(qiáng)弱影響很大， 所以半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性可以概括如下。 熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升髙時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。 光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化。 摻雜性：當(dāng)純諍的半導(dǎo)體中摻入某些適量雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變。 2. 本征半導(dǎo)體 制作半導(dǎo)體器件時(shí)用得最多的半導(dǎo)體材料是硅和鍺，它們?cè)雍说淖钔鈱佣?有4個(gè)價(jià)電子。將硅或鍺材料提純（去掉雜質(zhì)）并形成單晶體后，所有原子在空間 便基本上整齊排列。半導(dǎo)體一般都具有這種晶體結(jié)構(gòu)，所以半導(dǎo)體也稱(chēng)為晶體。 本征半導(dǎo)體就是完全純諍的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。 (1)本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)及共價(jià)鍵 在本征半導(dǎo)體中，相鄰的兩個(gè)原子的一對(duì)最外層電子成為共用電子，這樣的 組合稱(chēng)為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。共價(jià)鍵內(nèi)的兩個(gè)電子是由相鄰的原子各用一個(gè)價(jià)電子組成，稱(chēng)為束縛電子。這樣每個(gè)原子核最外層等效有8個(gè)價(jià)電子，由于價(jià)電子不易掙脫原子核束縛而成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力較差： (2)本征激發(fā)現(xiàn)象 在熱力學(xué)溫度oK(-273°C)時(shí)，本征半導(dǎo)體中的每個(gè)價(jià)電子都被束縛在共 價(jià)鍵中，不存在自由運(yùn)動(dòng)的電子，本征半導(dǎo)體相當(dāng)于絕緣體。當(dāng)溫度升高或受到 光的照射時(shí)，價(jià)電子能量増高，有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛而參與導(dǎo)電， 成為自由電子。與此同時(shí)，在該共價(jià)鍵上留下了一個(gè)空位，這個(gè)空位稱(chēng)為空穴。 這種現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)（也稱(chēng)熱激發(fā)）。因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同 時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱(chēng)為電子一空穴對(duì)，如圖1-2所示。溫度越高，產(chǎn)生的電子一空 穴對(duì)數(shù)目就越多，這就使得游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱(chēng)為復(fù) 合。

在一定溫度下本征激發(fā)和復(fù)合會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)自由電子和空六的濃度 一定，且自由電子數(shù)和空六數(shù)相等。

(3)半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理 當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外施電壓后，半導(dǎo)體中有兩類(lèi)作相反運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)電粒子形成 的電流：一類(lèi)是自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的電子電流，另一類(lèi)是被原子核束縛的 價(jià)電子填補(bǔ)空穴而形成的空六電流。因此，在半導(dǎo)體中有自由電子和空六兩種承 載電流的粒子（即載流子），這是半導(dǎo)體導(dǎo)電方式的最大特點(diǎn)，也是半導(dǎo)體與金 屬導(dǎo)體在導(dǎo)電機(jī)理上的本質(zhì)差別。 空穴導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是相鄰原子中的價(jià)電子（共價(jià)鍵中的束縛電子）依次填補(bǔ)空 穴而形成電流。由于電子帶負(fù)電，而電子的運(yùn)動(dòng)與空六的運(yùn)動(dòng)方向相反，因此認(rèn) 為空穴帶正電。溫度越高，產(chǎn)生的電子一空穴對(duì)數(shù)量就越多，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，所以溫度對(duì)半 導(dǎo)體器件有很大影響。

3.雜質(zhì)半導(dǎo)體 摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體是半導(dǎo)體器件的基本材 料。根據(jù)摻入雜質(zhì)的性質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為兩類(lèi)：電子型（N型）半導(dǎo)體和 空穴型（P型）半導(dǎo)體。

(1) P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價(jià)元素（如硼）就形成P型半導(dǎo)體，結(jié)構(gòu)示意如圖1-3所示。可見(jiàn)每摻入一個(gè)三價(jià)原子，就能提供一個(gè)空穴，所以在P型半導(dǎo)體中，空穴 濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度，空穴為多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。此時(shí)， 雜質(zhì)半導(dǎo)體仍然呈現(xiàn)電中性。

(2) N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素（如磷）就形成N型半導(dǎo)體，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-4所示。 可見(jiàn)每摻入一個(gè)五價(jià)原子，就能提供一個(gè)自由電子，所以在N型半導(dǎo)體中， 自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度，自由電子為多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。此 時(shí)，雜質(zhì)半導(dǎo)體仍然呈現(xiàn)電中性。

注意：雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子的濃度主要取決于摻雜濃度；而少數(shù)載流子是因本征激發(fā)產(chǎn)生，因而其濃度與摻雜無(wú)關(guān)，只與溫度等激發(fā)因素有關(guān)。

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