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第二章半导体基本器件 第二章半导体基本器件 2.1 半导体二极管 PN结的单向导电原理，二极管的伏安特性 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 1.半导体的载流子 ──电子和空穴 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si),锗(Ge)。 硅和锗的原子结构简化模型 硅和锗都是四价元素,原子的最外层轨道上有四个价电子。 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 1.半导体的载流子──电子和空穴 本征半导体（纯净的半导体晶体） 热激发产生自由电子和空穴 室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为“空穴”。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 1.半导体的载流子──电子和空穴 空穴运动（与自由电子运动不同） 有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 1.半导体的载流子──电子和空穴 结论： 本征半导体中有两种载流子 ①带负电荷的自由电子 ②带正电荷的空穴 热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为“复合”。 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 2. N型和P型半导体 (1)N型半导体 在硅晶体中掺入五价元素磷, 多出的一个电子不受共价键的束缚,室温下很容易成为自由电子。 磷原子失去一个电子成为正离子（在晶体中不能移动）。 每个磷原子都提供一个自由电子，自由电子数目大大增加，远远超过空穴数。这种半导体主要依靠电子导电，称为电子型或N型半导体。 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 2. N型和P型半导体 (1)N型半导体 自由电子：多数载流子（简称多子） 空 穴：少数载流子（简称少子） 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 2. N型和P型半导体 (2)P型半导体 在硅晶体中掺入三价元素硼,硼原子与相邻硅原子组成共价键时由于缺少一个价电子而产生一个空位，这个空位很容易被邻近共价键中的价电子填补。 硼原子得到一个电子成为负离子（在晶体中不能移动），失去价电子的共价键中出现一个空穴，每个硼原子都产生一个空穴，空穴数目大大增加，远远超过自由电子数。这种半导体主要依靠空穴导电，称为空穴型或P型半导体。 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 2. N型和P型半导体 (2)P型半导体的特点 空 穴：多数载流子（简称多子） 自由电子：少数载流子（简称少子） 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 3. PN结的形成 半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。 将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层： PN结 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 3. PN结的形成 ① 多子扩散运动形成空间电荷区 由于浓度差，电子和空穴扩散的结果，在交界面处出现由数量相等的正负离子组成的空间电荷区（PN结），并产生由N区指向P区的内电场EIN。 ② 内电场EIN阻止多子扩散，促使少子漂移。 ③扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结。 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 4. PN结的单向导电性 ①外加正向电压（正向偏置） 外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到P区，P区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时称PN结处于“导通”状态。 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 4. PN结的单向导电性 ②外加反向电压（反向偏置） 外加电场与内电场方向相同，内电场增强，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流 IR，因为是少子漂移运动产生的， IR很小，这时称PN结处于“截止”状态。 2.1 半导体二极管 2.1.1 半导体基本知识 4. PN结的单向导电性 ③ PN结伏安特性 a. 外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态