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1.1 半导体基础知识 本征半导体：纯净的晶体结构的半导体 物质的导电性能取决于原子结构。 导体：低价元素 绝缘体：高价元素 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。 本征半导体（结构） 本征半导体（载流子） 本征半导体（载流子） 本征半导体（载流子浓度） 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子与空穴对的现象。 复合： 自由电子与空穴相碰同时消失。 在一定的温度下，热激发产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，故达到动态平衡 由于载流子数目很少，故本征半导体导电性很差，且与环境温度密切相关。 杂质半导体 杂质半导体： 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，会使半导体的导电性能发生显著变化。 原因：掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加了。 N型杂质半导体 P型杂质半导体 PN结（1） PN结（2） PN 结的单向导电性 （1）正向电压 正向电压_动画演示 （2）反向电压 反向电压_动画演示 PN 结的单向导电性（总结） PN结的电流方程 PN 结的伏安特性 PN 结的伏安特性 PN 结的电容效应 电子与通信工程系 电子与通信工程系 山东农业大学电子与通信工程系 第1章 常用半导体器件 § 1.1 半导体基础知识 § 1.2 半导体二极管 § 1.3 晶体三极管 § 1.4 场效应管 § 1.5单结晶体管和晶闸管（了解） § 1.6集成电路中的元件（了解） 重点掌握：基本概念，晶体二极管的伏安特性及主要参数、晶体三极管和场效应管输入、输出特性及主要参数。 不要将注意力过多放在管子内部，而以理解外特性为主。 导体、半导体和绝缘体 导 体：容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 绝缘体：几乎不导电的物质称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英等。 半导体：导电特性介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体, 如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 硅原子 锗原子 硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。 本征半导体共价键结构 共价键 在绝对温度T=0 K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。 由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定； 温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。 两种载流子 外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。 电流=电子电流+空穴电流 由于载流子数目很少，故导电性很差。 运载电荷的粒子称为载流子。 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？ P 型半导体：在本征半导体中掺入三价元素(如硼)主要载流子：空穴。 N 型半导体：在本征半导体中掺入五价元素(如磷)主要载流子：电子。 磷（P）：施主原子 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。 多数载流子（多子） 空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？ 硼（B） 多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强， 在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？ 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。 扩散运动 P区空穴浓度远高于N区。 N区自由电子浓度远高于P区。 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。 因电场作用所产生的运动称为漂移运动。（少子） 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。 漂移运动 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。 PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是： P区加正、N区加负电压。 PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区加负、N区加正电压。 外电场的方向与内电场方向相反。 必要吗？ 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动 →多子扩散形成正向电流 PN结导通 外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动 →少子漂移形成反向电流 PN结截止 反向饱和电流：在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故电流基本上与外加反压的大小无关，与温度有关 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