chp3 半导体二极管及其基本电路.pdf

第三章 半导体二极管及其基 本电路 1 §3-1半导体的基本知识  现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之 间的半导体材料制造而成的。  常用的半导体材料有： 元素半导体，如硅(Si)、锗(Ge)等；化合物半导 体，如砷化镓(GaAs)等； 以及掺杂或制成其他化合物半导体的材料，如硼 (B)、磷(P)、铟(In)和锑(Sb)等。 硅是最常用的半导体材料。  半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体 不同外，还具有不同于其他物质的特点， 如，当半导体受到外界光和热的刺激时，其导电 能力将发生显著的变化； 在纯净的半导体中加入微量的杂质，其导电能力 也会有显著的增加。 2 典型的半导体是硅Si和锗Ge，都是四价元 素， 最外层原子轨道上具有四个电子，称为价电子。 由于原子呈中性，故原子核用带圆圈的+4符号表 示。 物质的化学性质由价电子决定，半导体的导电性 质与价电子有关。 si si +4 Ge +4 Ge 硅和锗最外层轨道上的 硅原子 锗原子 四个电子称为价电子。 3 本征半导体 本征半导体是一种完全纯净的结构完整的半 导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%，常称为“九个9 ” 电导率是半导体的重要物理特性，与材料内 单位体积中所含的电荷载流子的数目有关， 电荷载流子的浓度愈高，其电导率愈高。 半导体内载流子的浓度取决于许多因素，包 括材料的基本性质、温度以及所含的杂质。 4 本征半导体的共价键结构 • 半导体与金属和许多绝缘体一样，具有晶体 结构，它们的原子形成有序的排列，临近原 子之间由共价键连接 在绝对温度T=0K +4 +4 +4 时，所有的价电子都被 共价键紧紧束缚在共价 +4 +4 +4 键中，不会成为自由电 子，因此本征半导体的 +4 +4 +4 导电能力很弱，接近绝 缘体。 束缚电子 2个电子的共价键