第四单元 半导体二极管和三极管共79页

▪ 半导体的导电能力 ▪ 半导体的特性 ▪ 什么是本征半导体 ▪ 什么是本征激发、复合 ▪ 半导体内部存在几种导电方式 ▪ 杂质半导体可以分为几种 ▪ 半导体器件的核心 ▪ PN结中内电场的方向 ▪ PN结最重要的特性
绝缘体<导电能力<导体
热敏性、光敏性、掺杂性 纯净无杂质的半导体 价电子获得能量激发一对电子和空穴的过程 电子导电、空穴导电
3、PN结的单向导电性
加正向电压（正向偏置）
P接正、N接负
P 区 空间电荷区变窄
N区
－－－－ －－ + + + + + +
内电场
－－－－ －－ + + + + + +
－－－－ －－ + + + + + +
内电场
IF
外电场
+–
R
多子扩散加强 大的扩散电流
PN 结加正向电压时，正向电流较大，正向电阻 较小，称PN结处于导通状态。
5、N型半导体和P型半导电 ▪ 根据半导体的掺杂性，在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元
素）,形成杂质半导体；其中可以分为N型半导体和P型半导体
N型半导体
掺 入 五 价 原 子 ： 磷
S
S
i
i
pS+
S
i
i
多余电 子，在 常温下 即为自 由电子
掺杂后,自由电子导 电成为这种半导体的 主要导电方式，称为 电子型半导体或N型 半导体。
扩散和漂移这一对 相反的运动最终达到 动态平衡，空间电荷 区的厚度固定不变。
形成空间电荷区浓度差
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多子的扩散运动，在中间位置进行复合
扩散的结果使空间 电荷区变宽
空间电荷区也 称 PN 结
2、扩散运动和漂移运动的动态平衡
扩散强
内电场增强
漂移运动增强
两者平衡
PN结宽度基本稳定
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价电子
i
i
si
硅原子
+ 44
共价健
S
S
i
i
最外层轨道上的四个电子称为价电子。
单晶硅中的共价健结构
所有的价电子都被共价键束缚，不会成为自由电子
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自由电子浓度决定导电能力
价电子结合成共价键，他们既不像导体那样容易挣脱 原子核的束缚，也不像绝缘体那样束缚很紧
因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。
（5）在N型半导体中如果掺√入足够量的三价元素，可
将其改型为P型半导体。（ ）
（6）判断灯泡是否亮起？
PN结正向导通时，灯泡亮；反向截止时，灯泡不亮
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课后作业
▪ 教材P110/判断题：1、2；单选1、2、4、5、10、11
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复习1：
▪ 半导体的特性 ▪ 什么是本征半导体 ▪ 什么是本征激发、复合 ▪ 半导体内部存在几种导电方式 ▪ 杂质半导体可以分为几种 ▪ 半导体器件的核心 ▪ PN结中内电场的方向 ▪ PN结最重要的特性
4、半导体的导电形式
在半导体中，同时 存在着当电半子导导体电两和端空加上
空穴
穴外导电电压，时这，是自半由导电体子作
Si
Si
导定电向方运载式动流的形子最成大电特子点电流
，在；正自也导而电由是电空荷电半原穴的子导理的运和体上运 动空和的动穴金本相属质当于
差别。
Si
Si
价电 子
因此，温度愈高，载流子数目愈多，导电性能也就愈好，所以 Page，▪ 6 温度对半导体器件性能的影响很大。
温度对反向电流影响很大，温度越高，本征激发越强，反向电流越大
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PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较 大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很 小的反向漂移电流。
外加 电压
平衡 破坏
扩散强 漂移强
PN结导 通
PN结截止
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PN结具有单向导电性
本次课总结
磷原子
N型半导体:
失去一个电
子变为正离 子
自由电子--多(数载流)子
空穴--少(数载流)子
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P型半导体：掺入三价原子：硼
因三价杂质原子在与硅原
S
S
空穴 子形成共价键时，缺少一个
i
i
价电子而在共价键中留下一
个空穴。
BS–
S
i
i
空穴导电成为这种半导体的 主要导电方式，称为空穴型
硼原子 接受一个电 子变为负离 子
半导体或 P型半导体。
P型半导体:
空穴--多子 自由电子--少子
本征半导体和杂质半导体都是中性的， 对外不带电 Page ▪ 8
第二节 半导体器件的核心——PN结
内电场越强，漂移运动
1、PN结的形成
少子的漂移运动
越强，而漂百度文库使空间电荷区 变薄。
P 型半导体
内电场 N 型半导体
－－－－－ － + + + + + + －－－－－ － + + + + + + －－－－－ － + + + + + + －－－－－ － + + + + + +
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加反向电压（反向偏置）
P 区 空间电荷区变宽
P接负、N接正
N区
－－－－ －－ + + + + + +
内电场
－－－－ －－ + + + + + +
－－－－ －－ + + + + + + 内电场
阻止扩散、促进 少子漂移
IR
外电场
–+
很小的漂移电流
PN 结加反向电压时，反向电流较小，反向电阻较 大，称PN结处于截止状态。
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3、本征激发和空穴自导由电电子
S
S
i
i
价电子在获得一定能量（温 度升高或受光照）后，即可挣 脱原子核的束缚，成为自由电 子（带负电）
S
S
i
i
同时共价键中留下一个空位 ，称为空穴（带正电）。
空穴
价电子
以上过程，称之为本征激发；相反，自由电子回到空穴的过程， 称之为复合
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N型半导体、P型半导体 PN结 N指向P 单向导电性
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课堂练习
（1）N型半导体是在本征半导体中掺入 五价元素 ；P型
半导体是在本征半导体中掺入 三价元素 。
（2）当温度升高时，PN结的反向饱和电流会 增大
。
（3）本√征半导体温度升高后，两种载流子浓度仍然相
等。（ ）
×
（4）P型半导体带正电，N型半导体带负电。（ ）
下面图片中各是什么？它们可以导电么？
半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之间的 物质。
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第一节 半导体的基础知识
1、半导体的导电特性 导电能力在导体和绝缘体之间
半导体的常见材料：硅Si和锗Ge Δ 半导体的特性
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度传感器，如热敏电阻) 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化
(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管等)。 掺杂性：掺入某种微量杂质，导电能力明显改变 (可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管）
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2、本征半导体和共价键
完全纯净的、结构完整的半导体，称为本征半导体。
应用最多的本征半导体为锗和硅，它们各有四个价电子，都是四价元素
S
S