半导体二极管和三极管分解教学课件.pptVIP

第9章半导体二极管和三极管电气与自动化工程学院1

§9.1半导体的导电特性半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的材料。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。电气与自动化工程学院2

一、本征半导体现代电子学中，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。GeSi电气与自动化工程学院3

硅和锗的共价键结构+4+4共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子电气与自动化工程学院4

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。+4+4+4共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。电气与自动化工程学院5

硅和锗的晶体结构在绝对温度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。电气与自动化工程学院6

本征半导体的导电机理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。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。电气与自动化工程学院7

本征半导体的导电机理+4+4+4空穴自由电子+4束缚电子电气与自动化工程学院8

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本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。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。电气与自动化工程学院11

二、杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。NegativeN型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑）电气与自动化工程学院12

N型半导体+4+5+4多余电子磷原子+4电气与自动化工程学院13

N型半导体N型半导体中的载流子是什么？1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。3、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。电气与自动化工程学院14

PositiveP型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟）+4+3+4空穴+4硼原子电气与自动化工程学院15

杂质半导体的示意表示法正离子－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++负离子+++空穴电子+++++P型半导体N型半导体电气与自动化工程学院16

9.1.1PN结及其单向导电性半导体器件的核心是PN结，是采取一定的工艺措施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。各种各样的半导体器件都是以PN结为核心而制成的，正确认识PN结是了解和运用各种半导体器件的关键所在。扩散运动:物质从浓度高的地方向浓度低的地方运动,即由于浓度差产生的运动.漂移运动:在电场力作用下,载流子的运动.电气与自动化工程学院17

一、PN结形成漂移运动P型半导体N型半导体内电场E－－－－－－++++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++空间电荷区扩散运动电气与自动化工程学院18

漂移运动P型半导体N型半导体内电场E－－－－－－+++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－－－内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。+++++++++++扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。扩散运动电气与自动化工程学院19

最后,多数载流子的扩散和少数载流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，由于缺少多数载流子，所以也称耗尽层。又称阻挡层。电气与自动化工程学院20

注意:1.空间电荷区中没有载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区中的电子（多数载流子）向对方运动（扩散运动）。3.P区中的电子和N区中的空穴（少数载流子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。电气与自动化工程学院21

二、PN结的单向导电性如果外加电压使PN结中：P区的