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模电课件半导体基础知识1.熟悉P型、N型半导体的基本结构及特性；2.掌握PN结的单向导电性。1.P型、N型半导体的形成和电结构特点；2.PN结的正向和反向导电特性。§1.1半导体基础知识学习目标：学习重点：第2页,共17页，星期六，2024年，5月§1.1半导体基础知识

一、本征半导体1、半导体纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。根据材料的导电能力，可以将他们划分为导体、绝缘体和半导体。典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是四价元素。硅原子锗原子下一页上一页章目录硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。晶体结构是指晶体的周期性结构。即晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其最基本的结构特征第3页,共17页，星期六，2024年，5月空穴自由电子2、本征半导体的晶体结构+4+4+4+4+4+4+4+4+4（1）共价键：相邻两个原子共用一对最外层电子（价电子）的组合称为共价键。（2）束缚电子：共价键中的价电子受共价键的束缚。（3）自由电子：共价键中的电子获得一定能量（热能）后，挣脱共价键的束缚（本征激发），形成自由电子。（4）空穴：电子挣脱共价键的束缚形成自由电子后，共价键中留下一个空位，称为空穴。空穴带正电。下一页上一页章目录共价键束缚电子第4页,共17页，星期六，2024年，5月+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子运动方向与空穴运动方向相反。3、本征半导体中的两种载流子自由电子载流子空穴载流子：能够自由移动的带电粒子。第5页,共17页，星期六，2024年，5月4、本征半导体中载流子的浓度本征激发：半导体在受热或光照下产生“电子空穴对”的现象称为本征激发。复合：自由电子填补空穴，使两者消失的现象称为复合。动态平衡：在一定温度下，本征激发产生的“电子空穴对”，与复合的“电子空穴对”数目相等，达到动态平衡。在一定温度下，载流子的浓度一定。下一页上一页章目录+4+4+4+4+4+4+4+4+4第6页,共17页，星期六，2024年，5月下一页上一页章目录本征半导体载流子浓度为：T=300K时，本征半导体中载流子的浓度比较低，导电能力差。Si：1.43×1010cm-3Ge：2.38×1013cm-3T：热力学温度；k：玻耳兹曼常数（8.63×10-5eV/K）；K1：与半导体材料载流子有效质量、有效能级密度有关的常量。（Si：3.87×1016cm-3·K-3/2，Ge：1.76×1016cm-3·K-3/2）；EGO：热力学零度时破坏共价键所需的能量，又称禁带宽度（Si：1.21eV，Ge：0.785eV）；第7页,共17页，星期六，2024年，5月自由电子施主离子电子空穴对自由电子二、杂质半导体1、N型半导体下一页上一页章目录掺入微量杂质，可使半导体导电性能大大增强。按掺入杂质元素不同，可形成N型半导体和P型半导体。在本征半导体中掺入微量五价元素。++++++++++++N型半导体硅原子多余电子磷原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多数载流子---自由电子少数载流子--空穴第8页,共17页，星期六，2024年，5月受主离子电子空穴对空穴2、P型半导体下一页上一页章目录在本征半导体中掺入微量三价元素。－－－－－－－－－－－－P型半导体硅原子空位硼原子多数载流子--空穴少数载流子—自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+3空穴第9页,共17页，星期六，2024年，5月1.在杂质半导体中多子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。abc4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）ba第10页,共17页，星期六，2024年，5月三、PN结1、PN结的形成下一页上一页章目录形成过程：P型和N型半导体