第十四章半导体二极管和三极管绪论.doc

第十四章 半导体二极管和三极管 物体按导电性分为： 导体，绝缘体，半导体 半导体：导电性介于导体和半导体之间。半导体材料的原子结构比较特殊。其外层电子不象导体那样容易挣脱。也不象绝缘体束缚很紧，这就决定了它的导电性介于导体和半导体之间。 14-1半导体的导电特性 常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。 半导体材料的特性： 1.纯净半导体的导电能力很差； 2.温度升高——导电能力增强； 3.光照增强——导电能力增强； 4.掺入少量杂质——导电能力增强。） 本征半导体（纯净半导体） 最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素，每个原子最外层电子数为 4 。 提纯的硅材料可形成单晶——单晶硅 相邻原子由外层电子形成共价键 在共价键结构中，原子最外层虽然具有8个电子而处于较为稳定的状态，但是共价键中的电子还不象绝缘体中的价电子被束缚的那样紧，在获得一定能量后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子。这里的能量可以是热能或光能，因此半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别。利用这种特性可做成各种热敏元件或光敏元件。 价电子受到激发，形成自由电子并留下空穴。自由电子和空穴同时产生， 半导体中的自由电子和空穴都能参与导电——半导体具有两种载流子。 载流子： 自由电子：电子挣脱共价键的束缚成为自由电子。空穴：共价键中留下的空位。 在外电场作用下，半导体内电流形成过程： 有空穴的原子（带正电），可以吸引相邻原子中的价电子，填补这个空穴。好象空穴在运动，而空穴运动的方向与价电子运动的方向相反，因此空穴运动相当于正电荷的运动，因此在外电场（外加电压）作用下，半导体中出现两部分电流： 电子电流：自由电子定向运动形成的。 空穴电流：价电子递补空穴形成的。 电子--空穴对产生与复合的动态过程： 由于物质总是在不停地运动着，一方面不断有价电子挣脱束缚成为自由电子。同时出现相同数量的空穴，另一方面自由电子在运动中又会和空穴复合，成为价电子，在一定条件下，这种运动会达到相对平衡，即电子--空穴对的产生与复合的过程仍在不断进行，但电子--空穴对的数目基本不变。 二、杂质半导体（N型半导体和P型半导体） 由于掺入杂质元素的不同，掺杂半导体可分为两大类—N型半导体和P型半导体。 N型半导体 杂质:磷P 五价元素，原子最外层有五个价电子。磷原子与周围的四个硅原子形成共价键后，磷原子的外层电子数将是 9 ，比稳定结构多一个价电子。多出的一个电子受原子核的束缚很小，因此很容易成为自由电子。 在N型半导体中： 多数载流子：自由电子 少数载流子：空穴 N型半导体主要靠电子导电，所以又称为电子半导体，简称N型半导体。 2．P型半导体 杂质:硼B 三价元素，原子最外层有三个价电子。 硼原子与周围的四个硅原子形成共价键时，因缺少一个电子而形成一个空穴。 在P型半导体中：多数载流子：空穴。少数载流子：自由电子 P型半导体主要靠空穴导电，所以又称为空穴半导体，简称P型半导体。 14-2 PN结 半导体器件的核心是PN结，在一块半导体晶片的两侧分别制成P型半导体和N型半导体，在两种半导体的交界面上形成PN结，PN结具有单向导电性。 PN结是构成半导体器件的基础。 PN结的形成 当P型半导体和N型半导体联结为一体时，在交界的地方，由于空穴和电子浓度的不同，会引起空穴和电子的扩散运动---P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散。从而使P区的空穴减少出现带负电的电荷区，N区的电子减少出现带正电的电荷区，交界面两侧的这个空间电荷区就是PN结。 正负空间电荷在交界面两侧形成一个电场，称为内电场。 内电场对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，空间电荷区又称为阻挡层。 PN结内电场的方向：由N区指向P区。 载流子的运动有两种形式： 扩散运动，漂移运动 二、PN结的单向导电性 1. PN结加正向电压（外电源的正端接P区、负端接N区） 正向接法时，外加电场与内部电场方向相反，削弱了内部电场，使空间电荷区变窄，P区空穴和N区电子能够更容易地越过PN结，形成较大的扩散电流。 PN结导通状态电阻很小。 2. PN结加反向电压 （外电源的正端接N区、负端接P区） 反向接法时，外加电场与内部电场方向相同，增强了内部电场，使空间电荷区变宽，使多数载流子的扩散运动与漂移运动变弱，少数载流子的漂移运动增强，参与漂移运动的载流子是少数载流子反向电流极小。 温度对反向电流的影响很大。 PN结截止状态电阻很大。 PN结具有单向导电性，即正向导通、反向截止。 14-3 半导体二极管 二极管的结构和分类 1.基本结构 将PN结加上电极引线及外壳（管壳），就构成了半导体二极管。PN结是二极管的核心，也是所有半导体器件的核心。