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模拟电子技术基础 第4章 半导体二极管和三极管 内容主要有： 半导体的导电性能 PN结的形成及单向导电性 半导体器件的结构、工作原理、工作特性、参数 半导体器件主要包括： 半导体二极管（包括稳压管） 三极管和场效应管 4.1 PN结 1. 半导体 ⑴ 半导体的物理特性 物质根据其导电性能分为 导体：导电能力良好的物质。 绝缘体：导电能力很差的物质。 半导体：是一种导电能力介于导体和绝缘体之 间的物质，如硅、锗、硒、砷化镓及一些硫化物和氧化物。 ⑴ 半导体的物理特性 半导体的导电能力具有独特的性质。 ①温度升高时，纯净的半导体的导电能力显著增加； ②在纯净半导体材料中加入微量的“杂质”元素，它的电导率就会成千上万倍地增长； ③纯净的半导体受到光照时，导电能力明显提高。 半导体为什么具有以上的导电性质？ ⑵半导体的晶体结构 原子的组成： 带正电的原子核 若干个围绕原子核运动的带负电的电子 且整个原子呈电中性。 半导体器件的材料： 硅（Silicon-Si）：四价元素，硅的原子序数是14，外层有4个电子。 锗（Germanium-Ge）：也是四价元素，锗的原子序数是32，外层也是4个电子。 ⑵半导体的晶体结构 简化原子结构模型如图4-1(a)的简化形式。 ⑵半导体的晶体结构 单晶半导体结构特点 共价键:由相邻两个原子各拿出一个价电子组成价电子对所构成的联系。 图4-1(b)是晶体共价键结构的平面示意图。 ⑵半导体的晶体结构 2.半导体的导电原理 ⑴本征半导体（Intrinsic Semiconductor） 纯净的、结构完整的单晶半导体，称为本征半导体。 物质导电能力的大小取决于其中能参与导电的粒子—载流子的多少。 ⑴ 本征半导体 本征半导体在绝对零度（T=0K相当于T=－273℃）时，相当于绝缘体。 在室温条件下，本征半导体便具有一定的导电能力。 ⑴ 本征半导体 半导体中的载流子 自由电子 空穴（Hole） 空穴和自由电子同时参加导电，是半导体的重要特点 价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子的同时，在原来的共价键位置上留下了一个空位，这个空位叫做空穴。 空穴带正电荷。 ⑴ 本征半导体 在本征半导体中，激发出一个自由电子，同时便产生一个空穴。电子和空穴总是成对地产生，称为电子空穴对。 半导体中共价键分裂产生电子空穴对的过程叫做本征激发（Intrinsic Excitation）。 产生本征激发的条件：加热、光照及射线照射。 空穴是载流子吗？ ⑴ 本征半导体 空穴的运动实质上是价电子填补空穴而形成的。 ⑴ 本征半导体 由于空穴带正电荷，且可以在原子间移动，因此，空穴是一种载流子。 半导体中有两种载流子：自由电子载流子（简称电子）和空穴载流子（简称空穴），它们均可在电场作用下形成电流。 ⑴ 本征半导体 半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，那么，电子空穴对是否会越来越多，电子和空穴浓度是否会越来越大呢？ 实验表明，在一定的温度下，电子浓度和空穴浓度都保持一个定值。 半导体中存在 1.载流子的产生过程 2.载流子的复合过程 综上所述： (1)半导体中有两种载流子：自由电子和空穴，电子带负电，空穴带正电。 (2)本征半导体中，电子和空穴总是成对地产生，ni = pi。 (3)半导体中，同时存在载流子的产生和复合过程。 ⑵ 杂质半导体 本征半导体的电导率很小，而且受温度和光照等条件影响甚大，不能直接用来制造半导体器件。 本征半导体的物理性质：纯净的半导体中掺入微量元素，导电能力显著提高。 掺入的微量元素——“杂质”。 “杂质”半导体。 ⑵ 杂质半导体 常用的杂质元素 三价的硼、铝、铟、镓 五价的砷、磷、锑 通过控制掺入的杂质元素的种类和数量来制成各种各样的半导体器件。 杂质半导体分为：N型半导体和P型半导体。 ① N型半导体 在本征半导体中加入微量的五价元素，可使半导体中自由电子浓度大为增加，形成N型半导体。 掺入的五价杂质原子占据晶格中某些硅（或锗）原子的位置。如图4-2所示。 ① N型半导体 ① N型半导体 杂质半导体中仍有本征激发产生的少量电子空穴对。 自由电子的数目高，故导电能力显著提高。 把这种半导体称为N型半导体，其中的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）。 在N型半导体中自由电子数等于正离子数和空穴数之和，自由电子带负电，空穴和正离子带正电，整块半导体中正负电荷量相等，保持