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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章 半导体器件,第一节,半导体基础知识,第二,节 P,N结及其单向导电性,第三节 半导体二极管,第四节 双极性三极管,第一章 半导体器件 第一节 半导体基础知识,1.1 半导体的基础知识,一、半导体概念,导体：,自然界中很容易导电的物质称为,导 体,，,金属一般都是导体。,绝缘体：,有的物质几乎不导电，称为,绝缘体,，,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半导体：,另有一类物质的导电特性处于导体和绝 缘体之间，称为,半导体,，,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,1.1 半导体的基础知识,二、半导体的导电机理,半导体,的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：,1.掺杂性,往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。,2.热敏性和光敏性,当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。,二、半导体的导电机理半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具,三、本征半导体,（纯净和具有晶体结构的半导体）,1、本征半导体的结构特点,现代电子学中，用的最多的半导体是,硅和锗,，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,Ge,Si,三、本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）1、本征半导体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体,将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。,价电子,共价键,图 1.1.1本征半导体结构示意图,2,、本征半导体的,晶体,结构,当温度,T,=0,K 时，半导体不导电，如同绝缘体。,+4+4+4+4+4+4+4+4+4 完全纯净的、,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,图 1.1.2本征半导体中的,自由电子和空穴,自由电子,空穴,若,T,，将有少数价电子克服共价键的束缚成为,自由电子,，在原来的共价键中留下一个空位,空穴。,T,自由电子,和,空穴,使,本征半导体具有导电能力，但很微弱。,空穴可看成带正电的载流子。,3,、本征半导体,中的两种载流子,（,动画1-1,）,（,动画1-2,）,+4+4+4+4+4+4+4+4+4图 1.1.2本征半导,4、本征半导体的导电机理,本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即,自由电子,和,空穴,。,本征半导体中电流由两部分组成：,1.自由电子移动产生的电流。,2.空穴移动产生的电流。,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,温度越高，载流子的浓度越高,因此本征半导体的导电能力越强，,温度,是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。,4、本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子,四、杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,杂质半导体有两种,N 型半导体,P 型半导体,四、杂质半导体杂质半导体有两种N 型半导体P 型半导体,1、N 型半导体(Negative),在硅或锗的晶体中掺入少量的,5 价,杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成,N 型半导体,(,或称电子型半导体,),。,自由电子浓度远大于空穴的浓度,电子称为多数载流子,(简称多子)，,空穴称为少数载流子,(简称少子)。,(本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。),1、N 型半导体(Negative)在硅或锗的晶体中掺,2、P 型半导体,在硅或锗的晶体中掺入少量的,3 价,杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成,P 型半导体(或称空穴型半导体）,。,空穴浓度多于自由电子浓度,空穴为多数载流子,(简称多子），,电子为少数载流子,(简称少子)。,+3,(本征半导体掺入 3 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 3 个价电子，3与硅构成共价键，多余一个空穴。),2、P 型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质,说明：,1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。,3.杂质半导体总体上保持,电中性,。,4.杂质半导体的表示方法如下图所示。,2.,杂质半导体,载流子的数目,要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。,(,a,),N 型半导体,(,b,),P 型半导体,图 杂质半导体的的简化表示法,说明：1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少,在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，,称为 PN 结,。,P,N,PN结,图 PN 结的形成,一、PN 结的形成,1.2PN结,在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体,PN 结中载流子的运动,耗尽层,空间电荷区,P,N,1.扩散运动,2.扩散运动形成空间电荷区,电子和空穴浓度差形成,多数载流子的扩散运动。,PN 结，耗尽层。,P,N,（,动画1-3,）,PN 结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN1.扩散运动,3.空间电荷区产生内电场,P,N,空间电荷区,内电场,U,ho,空间电荷区正负离子之间电位差,U,ho,内电场,；内电场阻止多子的扩散,阻挡层,。,4.漂移运动,内电场有利于少子运动,漂移。,少子的运动与多子运动方向相反,阻挡层,3.空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间,5.扩散与漂移的动态平衡,扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；,随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；,当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。,即,扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，形成PN结。,P,N,PN结,5.扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流,二、PN 结的单向导电性,1.,PN结,外加正向电压时处于导通状态,又称正向偏置，简称正偏。,外电场方向,内电场方向,耗尽层,V,R,I,空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。,图 1.1.6,P,N,什么是PN结的单向导电性？,有什么作用？,二、PN 结的单向导电性1.PN结 外加正向电压时处于导,在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻,R,。,2.,PN 结,外加反向电压时处于截止状态,(,反偏,),反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；,外电场使空间电荷区变宽；,不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流,I,；,由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。,在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电,耗尽层,图 1.1.7PN 结加反向电压时截止,反向电流又称,反向饱和电流,。,对温度十分敏感,，,随着温度升高，,I,S,将急剧增大,。,P,N,外电场方向,内电场方向,V,R,I,S,耗尽层图 1.1.7PN 结加反向电压时截止 反向电,3、结论,加正向电压（正偏）电源正极接P区，负极接N区,(2)加反向电压（反偏）电源正极接N区，负极接P区,PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，PN结导通；,PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，PN结截止,由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。,3、结论加正向电压（正偏）电源正极接P区，负极接N区,3半导体的导电能力随温度升高而_，金属导体的电阻率随温度升高而_。,A降低降低 B降低升高,C升高降低 D升高升高,1用于制造半导体器件的半导体材料是_。,A磷 B硅 C铟 D锗,B、D,2在纯净半导体中掺入3价元素形成的是_型半导体。,AP BN CPN D电子导电,A,D,4半导体的载流子随温度升高而_，也就是说半导体的导电性能随温度升高而_。,A减小增强 B减小减弱,C增加减弱 D增加增强,D,课堂巩固练习,3半导体的导电能力随温度升高而_，金属导体的电,7P型半导体中的多数载流子是_。,A电子 B空穴 C电荷 D电流,5半导体的导电能力在不同条件下有很大差别，若_导电能力会减弱,A掺杂非金属元素 B增大光照,C降低环境温度 D掺杂金属元素,C,6在PN结的两端通过一块电流表短接，回路中无其它电源，当用光照射该半导体时，电流表的读数是_。,A增大 B减小 C为零 D视光照强度而定,B,8N型半导体中的多数载流子是_。,A自由电子 B空穴 C电荷 D电流,A,C,9在晶体硅、锗中，参于导电的是_。,A离子 B自由电子 C空穴 DB和C,D,7P型半导体中的多数载流子是_。5半导体的导,10在半导体两端加上外电压时，半导体中出现的电流是_。,A自由电子电流 B空穴电流,C离子电流 DA和B,D,11关于P型、N型半导体内参与导电的粒子，下列说法正确的是_。,A无论是P型还是N型半导体，参与导电的都是自由电子和空穴,BP型半导体中只有空穴导电,CN型半导体中只有自由电子参与导电,D在半导体中有自由电子、空穴、离子参与导电,A,12N型半导体中，主要靠_导电，_是少数载流子。,A空穴空穴 B空穴自由电子,C自由电子空穴 D自由电子自由电子,C,10在半导体两端加上外电压时，半导体中出现的电流是_,13P型半导体中，主要靠_导电，_是少数载流子,A空穴空穴 B空穴自由电子,C自由电子空穴 D自由电子自由电子,B,14下列PN结两端的电位值，使PN结导通的是_。,AP端接十5V，N端经电阻接十7V,BN端接十2V，P端经电阻接十7V,CP端接一3V，N端经电阻接十7V,DP端接十1V，N端经电阻接十6V,B,15在半导体PN结两端加_就可使其导通,A正向电子流 B正向电压,C反向电压 D反向电子流,B,13P型半导体中，主要靠_导电，_,
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