從零開(kāi)始學(xué)電子之基礎篇

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-20 21:57:34

那么讓我們從微觀(guān)的視角上來(lái)觀(guān)察一下“純凈硅”吧。

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-20 22:43:36

這個(gè)是一個(gè)硅原子的結構示意圖。

我呢來(lái)說(shuō)明一下哦。

中間的那個(gè)紅色的球呢，代表“硅原子核”。它上面的“+14”代表硅原子核中有14個(gè)正電荷，那么不難想象了，核外必然有14個(gè)負電荷，即有14個(gè)核外電子。

那么這個(gè)14個(gè)電子（負電荷）呢，是分三層圍繞著(zhù)原子核運動(dòng)的。其中最內層有2個(gè)電子，第二層有8個(gè)電子。第三層呢有14-2-8=4個(gè)電子。

第一層和第二層的電子都排滿(mǎn)了，但是第三層的電子并沒(méi)有排滿(mǎn)。

參與導電的呢，主要是最外層（也就是第三層）的電子。

在原子中，最外層的電子叫做“價(jià)電子”，一個(gè)原子有幾個(gè)價(jià)電子就稱(chēng)為“幾價(jià)元素”，所以呢，硅是四價(jià)元素。

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-20 22:55:45

“當把硅、鍺等半導體材料制成單晶體時(shí)，其中原子的排列就由雜亂無(wú)章的狀態(tài)變成了非常整齊的狀態(tài)。其中，原子之間的距離都是相等的，大約為2.35*10^-4 微米。每個(gè)原子最外層的四個(gè)電子，不僅受到自身原子核的束縛，而且還與周?chē)噜彽乃膫€(gè)原子發(fā)生聯(lián)系——每?jì)蓚€(gè)相鄰原子之間共有一對電子。電子對中間任何一個(gè)電子，一方面圍繞著(zhù)自身的原子核運動(dòng)，另一方面也時(shí)常出現在相鄰的原子所屬的軌道上，這樣的組合叫做共價(jià)鍵結構�！�
——摘自《數字電子技術(shù)基礎》清華大學(xué)電子教研室編

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-20 23:04:06

上面的這段話(huà)中有些概念大家可能還不是很清楚哦。

反正呢我們的學(xué)習也沒(méi)有什么時(shí)間的限制，也不是誰(shuí)在教誰(shuí)什么。呵呵

大家是在一起學(xué)習，一起進(jìn)步，那么我們就多學(xué)點(diǎn)知識吧。呵呵

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-20 23:05:43

說(shuō)明：以下參考了《半導體物理基礎》鄭福潔吳士忠主編

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-20 23:21:33

“固體物理學(xué)是研究固體結構及其組成粒子之間相互作用與運動(dòng)規律的科學(xué)。固體可以分為晶體和非晶體兩大類(lèi)。晶體是由原子（或離子、分子等）按一定的規律周期排列而成的；非晶體的原子排列則沒(méi)有明確的周期性�，F在固體物理學(xué)的研究對象主要是晶體�！�
“晶體是由原子、離子或分子有規律地排列而成的，它具有一定規則的幾何形狀和對稱(chēng)性，其外形的對稱(chēng)性是內在結構規律性的反映。晶體的基本特征是晶體結構的周期性。也就是說(shuō)，晶體中的原子的排列完全是有規則、有秩序的，并且按照一定的方式不斷地作周期性的重復。半導體中的鍺、硅、砷化鎵等材料都是晶體�！�
“如果在整塊晶體中其長(cháng)距離的有序性保持不變，該晶體稱(chēng)為單晶體。用人工方法拉制的鍺、硅晶體就是單晶體。單晶體具有完整可重復的結構，這就使得它的物理性能，尤其是電學(xué)性能具有特殊的優(yōu)越性�！�

——摘自《半導體物理基礎》鄭福潔吳士忠主編

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-20 23:24:23

“定義：帶有電荷的原子或分子，或組合在一起的原子或分子團。帶正電荷的離子稱(chēng)“正離子”，帶負電荷的離子稱(chēng)“負離子”�！�
——摘自百度百科

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-20 23:45:37

我對“離子”理解是：
大家知道“原子是帶有電荷的”，那么按照上述對于“離子”的定義，豈不是所有原子都是離子了？呵呵

“帶有電荷的原子或分子”這句話(huà)應該理解為“帶有凈電荷的原子或分子”。

我們舉一個(gè)例子，如上所述的一個(gè)硅原子中含有14個(gè)正電荷與14個(gè)負電荷（或14個(gè)電子）。正電荷呢是分布在原子核中的，負電荷分布在原子核周?chē)煌能壍揽臻g，并且圍繞著(zhù)核做旋轉運動(dòng)。那么我們從“原子的局域”即一個(gè)原子的尺度來(lái)看，在正常的狀態(tài)時(shí)，一個(gè)原子中共有14個(gè)正電荷與14個(gè)負電荷，正電荷與負電荷的總數即二者之和等于零（這個(gè)在以上的帖子中說(shuō)過(guò)）。那么在這種情況下，一個(gè)原子就是一個(gè)原子而不是“離子”了。因為在原子的局域內（或原子的尺度內），正、負電荷是平衡的（即它們是等量異性的）�；蛘哒f(shuō)，在這種電荷平衡的狀態(tài)下，原子對外界是不顯現電性的�；蛘呶覀冋f(shuō)，這種情況下原子中沒(méi)有“凈電荷”。那么假如原子的最外層電子即價(jià)電子中，由于某種原因有一個(gè)價(jià)電子跑到原子局域以外去了，那么這個(gè)時(shí)候從原子局域來(lái)看，電荷平衡被破壞，由于原子中少了一個(gè)電子（帶有一個(gè)負電荷），那么總電荷數量就變成了+14+（-13）=+1（+號代表正電荷），那么這個(gè)時(shí)候原子就會(huì )對外界顯現電性了（如同一個(gè)正電荷激發(fā)的電場(chǎng)）。同理，如果一個(gè)非自身原子的價(jià)電子跑到了該原子的最外層軌道，那么整個(gè)原子局域內就出現凈的負電荷，即總電荷數為+14+（-15）=-1（負號代表負電荷），這個(gè)時(shí)候原子同樣會(huì )顯現電性了（如同一個(gè)負電荷激發(fā)的電場(chǎng)）。如果一個(gè)原子局域中出現了“凈電荷”，那么它就是一個(gè)“離子”了，或者稱(chēng)為“帶有電荷的原子”。
那么“分子”呢，它是由若個(gè)原子構成的局域。區分它是“一般的分子”還是“帶電的分子”，同樣要看在分子局域中有沒(méi)有“凈電荷”。如果有，那么它就是一個(gè)“離子”；如果沒(méi)有，那么它就是一個(gè)“分子”。
以上個(gè)人觀(guān)點(diǎn)，僅供參考。呵呵

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-20 23:59:40

今天就到這里，祝大家晚安。

忽悠八你 · 發(fā)表于 2011-5-22 02:01:37

老八，你怎么了��？

今夜你會(huì )不會(huì )來(lái)？
你的溫柔還在不在？
……

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-22 04:59:26

大家早安。

我們趁著(zhù)早晨的時(shí)間，在學(xué)一會(huì )啊。呵呵

俗話(huà)說(shuō)“一年之際在于春，一天之際在于晨”。

俗話(huà)說(shuō)“早睡早起身體棒”。

當然，俗話(huà)還說(shuō)“不要暴飲暴食，要勤剪指甲，勤洗澡……”

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-22 05:13:54

我在這里呢介紹一個(gè)經(jīng)驗，希望能對大家有所幫助。

什么經(jīng)驗呢？

那就是：“如果明明知道可能存在的危險因素而不去排除這個(gè)危險因素，心存一種僥幸心理認為那種危險不可能發(fā)生的，那么該危險發(fā)生的概率可能是1/100或1/1000。也就是說(shuō)，100次（或者是1000次，或者更多次）中該危險必然會(huì )成為現實(shí)的危害�！�

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-22 05:17:13

所以我們不能心存“僥幸心理”，對于明明知道的潛在的不安全因素，我們要立即將其排除，使危險發(fā)生的“概率”降低至零。

這對于用電安全來(lái)說(shuō)，是很重要的。

無(wú)論對于人身安全，還是設備安全這都是很重要的。

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-22 05:30:02

OK，我們繼續半導體（硅）導電機理的學(xué)習。

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-22 05:38:04

在以上的帖子中呢，我們已經(jīng)介紹過(guò)一個(gè)“硅原子” 的結構了。

當然，那個(gè)“硅原子”也只是一個(gè)簡(jiǎn)略的模型。

但是，為了說(shuō)明問(wèn)題呢，我們還要把這個(gè)硅原子模型繼續簡(jiǎn)略。

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-22 05:56:55

大家請看，簡(jiǎn)略后的硅原子模型就成了這個(gè)樣子了。呵呵

我來(lái)說(shuō)明一下咯：

大家知道，一個(gè)原子中最外層電子稱(chēng)為“價(jià)電子”。一般參與導電的是價(jià)電子（原子中最外層的電子），而原子內層的電子一般是不參與導電的。這樣呢為了說(shuō)明主要問(wèn)題，即硅導電的機理，我們就可以忽略?xún)葘与娮釉谄鋵щ娭械淖饔�，而把硅原子看做是一個(gè)由帶有4個(gè)正電荷的原子核以及4個(gè)負電荷（電子）組成的簡(jiǎn)化系統。

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-22 06:02:32

那么在由大量的硅原子組成的“硅材料（單晶硅）”中，原子是怎樣的呢？

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-22 06:17:50

大家請看，這個(gè)是硅材料（單晶硅）原子排列的示意圖。

大家可以發(fā)現硅原子之間的“共價(jià)鍵結構”。

關(guān)于共價(jià)鍵結構，我們在以上的帖子中已經(jīng)說(shuō)過(guò)了。這種共價(jià)鍵結構主要的特點(diǎn)是：每一個(gè)原子中的價(jià)電子（最外層電子）不僅僅屬于自身的原子，而且還屬于相鄰的原子。

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-22 06:21:21

好的，我們下面對“共價(jià)鍵”結構做一下更深入的認識。

wb61850 · 發(fā)表于 2011-5-22 06:34:51

“對于硅、鍺、金剛石這類(lèi)晶體，它們都是由同一種原子組成的。它們的價(jià)電子（注：原子中最外層的電子），不可能從一個(gè)原子轉移到另一個(gè)原子，而是兩個(gè)原子之間共有一對價(jià)電子。它們的電子云在原子之間相互重疊而具有較高的密度，于是帶正電的原子實(shí)（注：即原子核）與集中在原子間的帶負電的電子云互相吸引，從而把原子結合成晶體。這種依靠共有價(jià)電子對而使原子相互結合的力的作用稱(chēng)為共價(jià)鍵�！�
摘自《半導體物理基礎》鄭福潔吳士忠主編