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第1章半导体技术

授课教师：

Chapter1半导体器件

o§1.1半导体基础知识

o§1.2半导体二极管

o§1.3双极型晶体管

o§1.4单极型晶体管

§1.1半导体基础知识

自然界中的各种物质如果按导电性能强弱可分三大

类：

一类是导电能力很强的物质，称为导体，如铜、铁、铝

等金属材料；

另一类是在一般条件下很难导电的物质，称为绝缘体，

如橡胶、陶瓷、玻璃等；

还有一类导电能力介于导体和绝缘体之间，称为半导体。

§1.1半导体基础知识

1.1.1本征半导体

完全纯净、没有任何杂质、结构完整的半导体单晶

体称为本征半导体。

§1.1半导体基础知识

若在一定温度或在一定强度光的照射下，少数价电子可

以从外界获得足够的能量而挣脱共价键的束缚成为自由

电子，同时在共价键中留下相同数量的空位，这种现象

称为本征激发（热激发），这个空位称为空穴。

§1.1半导体基础知识

我们把运载电荷的粒子称为载流子。而本征半导体导电

有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。

本征半导体在本征激发下会产生自由电子—空穴对，自

由电子在运动过程中如果和空穴相遇就会填补空穴，使

两者同时消失，这种现象称为复合。

§1.1半导体基础知识

结论：

在实际应用中，为了提高其导电能力，需要在本征

半导体中掺入杂质，这样一方面可以显著提高其导电能

力，另一方面还可以通过控制掺入杂质的多少达到控制

半导体导电能力强弱的目的。

§1.1半导体基础知识

1.1.2杂质半导体

1．N型半导体

在硅（或锗）的本征半导体中掺入微量的5价元素

（磷），形成N型半导体。

N型半导体的显著特点：自

由电子多数载流子（多子），空

穴为少数载流子（少子），是由

热激发（本征激发）产生的。

§1.1半导体基础知识

2．P型半导体

在硅（或锗）本征半导体中掺入微量3价元素（硼），

形成P型半导体。

P型半导体显著特点：自由电子是少数载流子（少

子），空穴为多数载流子（多子）。

§1.1半导体基础知识

§1.1半导体基础知识

1.1.3PN结及其单向导电性

1．PN结的形成

由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。

在P型半导体和N型半导体的交界处形成一个很薄

的空间电荷区，在空间电荷区内，由于正负杂质离

子相互作用，形成一个电场，其方向是从带正电的

N区指向带负电的P区，称为内建电场。

在电场力作用下，载流子的运动称为漂移运动。

§1.1半导体基础知识

室温下，硅材料PN结内电场

电位差0.5～0.7V，锗材料PN

结内电场电位差0.2～0.3V。

图1-6PN结的形成图1-7动态平衡时PN结中的载流子运动及电流

§1.1半导体基础知识

2．PN结的单向导电性

（1）PN结外加正向电压时处于导通状态

若P区接电源正极，N区接电源负极，则称PN结外接正

向电压或PN结正向偏置，简称正偏。

§1.1半导体基础知识

2．PN结的单向导电性

（2）PN结外加反向电压时处于截止状态

P区接电源负极，N区接电源正极，称PN结外接反向电

压或反向偏置，简称反偏。

§1.1半导体基础知识

在一定温度下，即使所有的少子都参予漂移运动，

反向电流也非常小，而且基本上不随外加反向电压

而变化，故称为反向饱和电流，用IS表示。

综上所述，PN结正偏时导通，形成较大的正向电

流，呈现很小的导通电阻；反偏时截止，反向电流

近似为零，呈现很大的截止电阻。因此，PN结具

有单向导电特性。

§1.1半导体基础知识

PN结两端外加电压U和流过

PN结电流I之间的关系曲线，

称为PN结伏安特性曲线。如

图1-9所示，其中U＞0的部

分称为正向特性，U＜0的部

分称为反向特性。当反向电

压超过一定数值U(BR)后，

反向电流急剧增加，称为反

向击穿。

§1.2半导体二极管

1.2.l二极管的结构和符号

将PN结用外壳封装，从P区和

N区分别引出电极引线构成半

导体二极管，简称二极管。由P

区引出电极称阳极或正极，由

N区引出电极称阴极或负极。

§1.2半导体二极管

§1.2半导体二极管

1.2.2二极管的伏安特性

在