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第1页，共35页，编辑于2022年，星期四 2.1 半导体的基本知识 2.1.1 半导体材料 2.1.2 半导体的共价键结构 2.1.3 本征半导体 2.1.4 杂质半导体 第2页，共35页，编辑于2022年，星期四 2.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 第3页，共35页，编辑于2022年，星期四 2.1.2 半导体的共价键结构 硅晶体的空间排列 第4页，共35页，编辑于2022年，星期四 2.1.2 半导体的共价键结构 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构 第5页，共35页，编辑于2022年，星期四 2.1.3 本征半导体 本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。 空穴——共价键中的空位。 电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。 空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。 第6页，共35页，编辑于2022年，星期四 2.1.4 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。 P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。 第7页，共35页，编辑于2022年，星期四 1. N型半导体 因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。 第8页，共35页，编辑于2022年，星期四 2. P型半导体 因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。 第9页，共35页，编辑于2022年，星期四 掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大 的影响，一些典型的数据如下: T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3 1 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。 2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3 3. 杂质对半导体导电性的影响 第10页，共35页，编辑于2022年，星期四 本征半导体、杂质半导体 本节中的有关概念 end 自由电子、空穴 N型半导体、P型半导体 多数载流子、少数载流子 施主杂质、受主杂质 第11页，共35页，编辑于2022年，星期四 2.2 PN结的形成及特性 2.2.1 PN结的形成 2.2.2 PN结的单向导电性 2.2.3 PN结的反向击穿 2.2.4 PN结的电容效应 第12页，共35页，编辑于2022年，星期四 2.2.1 PN结的形成 图2.2.1 PN结的形成 第13页，共35页，编辑于2022年，星期四 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程: 因浓度差 ? 空间电荷区形成内电场 ? 内电场促使少子漂移 ? 内电场阻止多子扩散 最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。 对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。 多子的扩