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2.1半导体的基本知识
2.2PN结的形成及特性
2.3二极管
-2.4二极管的基本电路及其分析方法
2.5特殊二极管
第二章二极管及其基本电路
教学内容
回主员鹰目项景目强
教学要求
了解半导体材料的基本结构及PN结的形成;
学握PN结的单向导电工作原理;了解二极管
(包括稳压管)的V-I特性及主要性能指标;
掌握二极管电路的分析方法。
教学重点
本征半导体、空穴、P型杂质半导体、N型
杂质半导体的概念;PN结的单向导电工作原理、击穿特性;半导体二极管的结构、V-I特性;二极管电路的分析方法。
回主圆组录鬣目函
退出
教学难点
PN结的单向导电工作原理、击穿特性;二
极管电路的分析方法。
教学学时
理论课7学时。
回主圆阻函
2.1半导体的基本知识
一、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。
半导体的电阻率为10-3~109℃·cm。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及化合物半导体,如
砷化镓GaAs等。
半导体具有某些特殊性质:如光敏性、热敏性及掺
杂特性,导电能力改变。
二、半导体的共价键结构
现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它
们的最外层电子(价电子)都是四个。
硅与锗的原子结构简化模型
通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体
国主圆组录目星退
硅和锗是四价元素,它们分别与周围的四个原子的
价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有并为它们所束缚,在空间形成排列有序的晶体。
+4表示除去价电子后的原子
(b)共价键结构平面示意图
+4
+4
(a)硅晶体的空间排列
+4
+4
退出
形成共价键后,每个原子
的最外层电子是八个,构成稳定结构。
共价键有很强的结合力,
使原子规则排列,形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称
为束缚电子,常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,所
以本征半导体的导电能力很弱。
三、本征半导体、空穴及其导电作用
本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
半导体的重要物理特性是它的电导率,电导率与材
料内单位体积中所含的电荷载流子的数目有关。
电荷载流子的浓度愈高,其导电率愈高。
载流子的浓度取决于材料的基本性质、温度值及杂
质的存在。
在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时,价电子
完全被共价键束缚着,本征半导体中没有可以运动的带电粒子(即载流子),它的导电能力为0,相当于绝缘体。
回主圆组录目函退出
当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,
有的价电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,成为自由电子。
这一现象称为本征激发,也称热激发。
动画:本征激发
自由电子产生的同时,在其原来的共价键中就出现
了一个空位,原子的电中性被破坏,呈现出正电性,其正电量与电子的负电量相等,人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。
空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点
酸频普项退
由于共价键中出现了空位,在其它力的作用下,空
穴吸引附近的电子来填补,这样的结果相当于空穴的
迁移,而空穴的迁移相当于正电荷的移动,因此可以
+4+4
束缚电子
动画:电子与空穴的移动
认为空穴是载流子。
醒颤应项
自由电子
空穴
+4
+4
自由电子的定向运动形成了电子电流,空穴的定
向运动也可形成空穴电流,它们的方向相反。只不
过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。
本征半导体中电流由两部分组成:
自由电子移动产生的电流;
空穴移动产生的电流。
酸题总目霉侧退
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出
现的,称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合。
本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高,载流子的浓度越高。因此本征半导体的
导电能力越强,温度是影响半导体性能的一个重要的
外部因素,这是半导体的一大特点。
四、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。掺入杂质后的本征半导体称为
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