《半导体的特性》PPT课件.ppt

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1、模拟电子技术基础主讲：片锦香答疑时间：每周四5,6节信息学院l 教材教材 模拟电子技术基础简明教程模拟电子技术基础简明教程第三版第三版杨素行主编，高等教育出版社杨素行主编，高等教育出版社l先修课先修课 电路分析：电路分析：电压源、电流源、受控源、基尔霍夫定律，叠加定电压源、电流源、受控源、基尔霍夫定律，叠加定理理、戴维南定理、诺顿定理等、戴维南定理、诺顿定理等 教材及主要先修课教材及主要先修课 1.出勤出勤5%+作业作业5%2.期中考试期中考试30%(前五章前五章)4.实验实验20%（不及格取消正常考试资格）（不及格取消正常考试资格）5.期末期末40%（以（以5,6,7章为主）章为主）考核方式

2、考核方式学时安排学时安排共共7272学时：学时：（56+1656+16实验）实验）第一章 半导体器件6第二章 放大电路的基础原理和分析方法14第三章 放大电路的频率响应4第四章 功率放大电路4第五章 集成运算放大电路6第六章 放大电路中的反馈4第七章 模拟信号处理电路4第八章 信号处理电路2第九章 波形发生电路6第十章 直流电源4l电子元器件电子元器件1.二极管二极管2.三极管三极管l电子电路及其应用电子电路及其应用1.放大电路放大电路2.滤波电路滤波电路3.电源电源引言引言第第1次课内容次课内容下页下页总目录总目录内容内容：1.1半导体的特性半导体的特性1.2半导体二极管半导体二极管 重点：

3、重点：1.半导体的特性，导通条件半导体的特性，导通条件2.PN结导电原理结导电原理3.二极管伏安特性二极管伏安特性 作业：作业：P34：1-4、1-7、1-8 1.1 1.1 半导体的特性半导体的特性半导体的特性半导体的特性共价键共价键共价键共价键Covalent Covalent bondbond半导体定义：半导体定义：将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物质统称为将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物质统称为半导体半导体。大多数半导体器件所用主大多数半导体器件所用主要材料是硅要材料是硅14和锗和锗32价价价价电电电电子子子子在硅在硅(或锗或锗)的晶体中的晶体中,原子在空间原子在空间排列

4、成规则的晶格排列成规则的晶格,故半导体器件故半导体器件又称为晶体管又称为晶体管晶体中的价电子与共价键+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4下页下页首页首页上页上页第一章第一章 半导体器件半导体器件2.2.本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体(intrinsic semiconductorsintrinsic semiconductors)纯净的、不含杂质的半导体称为纯净的、不含杂质的半导体称为纯净的、不含杂质的半导体称为纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。本征半导体。本征半导体。本征半导体。在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在本征半导体中，

5、由于晶体中共价键的结合力很强，在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在热力学温度零度在热力学温度零度在热力学温度零度在热力学温度零度（即（即（即（即T=0KT=0K，），），），）时，时，时，时，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，晶体中不存在能够导电的载流子，晶体中不存在能够导电的载流子，晶体中不存在能够导电的载流子，晶体中不存在能够导电的载流子，半导体不能导电，如同半导体不能导电，如同半导体不能导电，如同半导体不能导电，如同绝缘体

6、绝缘体绝缘体绝缘体一样。一样。一样。一样。下页下页上页上页首页首页+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子带负电的自由电子带负电的自由电子带负电的自由电子带负电的自由电子Free electronFree electron带正电的空穴带正电的空穴带正电的空穴带正电的空穴holehole如果温度升高（热激发）或光照射（光激发），少数价如果温度升高（热激发）或光照射（光激发），少数价如果温度升高（热激发）或光照射（光激发），少数价如果温度升高（热激发）或光照射（光激发），少数价电子因获得

7、能量将挣脱共价键束缚成为自由电子。在原电子因获得能量将挣脱共价键束缚成为自由电子。在原电子因获得能量将挣脱共价键束缚成为自由电子。在原电子因获得能量将挣脱共价键束缚成为自由电子。在原来的共价键位置留下一个空位，称之为空穴。来的共价键位置留下一个空位，称之为空穴。来的共价键位置留下一个空位，称之为空穴。来的共价键位置留下一个空位，称之为空穴。下页下页上页上页首页首页自由电子和空穴运动方向相反，都自由电子和空穴运动方向相反，都自由电子和空穴运动方向相反，都自由电子和空穴运动方向相反，都是载流子，这种运动杂乱无章。而是载流子，这种运动杂乱无章。而是载流子，这种运动杂乱无章。而是载流子，这种运动杂乱无

8、章。而金属导电只有自由电子参与金属导电只有自由电子参与金属导电只有自由电子参与金属导电只有自由电子参与+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4在本征半导体中，在外界能量激发下，两种载流子总是在本征半导体中，在外界能量激发下，两种载流子总是在本征半导体中，在外界能量激发下，两种载流子总是在本征半导体中，在外界能量激发下，两种载流子总是成对出现称为成对出现称为成对出现称为成对出现称为 电子电子电子电子 空穴空穴空穴空穴对，两种载流子浓度相等，对，两种载流子浓度相等，对，两种载流子浓度相等，对，两种载流子浓度相等，浓度低，称浓度低，称浓度低，称浓度低，称本征激发本征激

9、发本征激发本征激发在一定温度下在一定温度下在一定温度下在一定温度下电子电子电子电子-空穴对空穴对空穴对空穴对的的的的产生产生产生产生和和和和复合复合复合复合达到动态平衡。达到动态平衡。达到动态平衡。达到动态平衡。本征载流子的浓度对温度十分敏感本征载流子的浓度对温度十分敏感本征载流子的浓度对温度十分敏感本征载流子的浓度对温度十分敏感电子电子电子电子-空穴对空穴对空穴对空穴对下页下页上页上页首页首页1.N1.N型（或电子型）半导体型（或电子型）半导体型（或电子型）半导体型（或电子型）半导体(N-type semiconductor)(N-type semiconductor)二、二、杂质半导体杂质

10、半导体5 5价原子（磷）与周围四个硅原价原子（磷）与周围四个硅原价原子（磷）与周围四个硅原价原子（磷）与周围四个硅原子组成共价键时多余一个电子。子组成共价键时多余一个电子。子组成共价键时多余一个电子。子组成共价键时多余一个电子。这个电子只受自身原子核吸引，这个电子只受自身原子核吸引，这个电子只受自身原子核吸引，这个电子只受自身原子核吸引，在室温下可成为在室温下可成为在室温下可成为在室温下可成为自由电子。自由电子。自由电子。自由电子。在在在在4 4价的硅或锗中掺入少量的价的硅或锗中掺入少量的价的硅或锗中掺入少量的价的硅或锗中掺入少量的5 5价价价价杂质元素杂质元素杂质元素杂质元素，下页下页上页上

11、页定义：在本征半导体中掺入某种特定的杂质（定义：在本征半导体中掺入某种特定的杂质（定义：在本征半导体中掺入某种特定的杂质（定义：在本征半导体中掺入某种特定的杂质（3 3价和价和价和价和5 5价）价）价）价）+5+5+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子自由电子自由电子首页首页+5+5+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，并带有正电荷，称为正离子。并带有正

12、电荷，称为正离子。并带有正电荷，称为正离子。并带有正电荷，称为正离子。下页下页上页上页电子的浓度大大高于空穴的浓度电子的浓度大大高于空穴的浓度电子的浓度大大高于空穴的浓度电子的浓度大大高于空穴的浓度 ，因主要依靠电子导电，故称为，因主要依靠电子导电，故称为，因主要依靠电子导电，故称为，因主要依靠电子导电，故称为电子型半导体。电子型半导体。电子型半导体。电子型半导体。多数载流子多数载流子多数载流子多数载流子Majority carrierMajority carrier少数载流子少数载流子少数载流子少数载流子Minority carrierMinority carrier5 5价的杂质原子可以提

13、供电价的杂质原子可以提供电价的杂质原子可以提供电价的杂质原子可以提供电子，所以称为子，所以称为子，所以称为子，所以称为施主原子施主原子施主原子施主原子。首页首页自由电子数自由电子数自由电子数自由电子数=空穴数空穴数空穴数空穴数+正离子数正离子数正离子数正离子数因此对外呈现电中性因此对外呈现电中性因此对外呈现电中性因此对外呈现电中性+3+3+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4空位空位空位空位2.P2.P型半导体型半导体型半导体型半导体(P-type semiconductor)(P-type semiconductor)在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的

14、在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的3 3价价价价杂质元素，杂质元素，杂质元素，杂质元素，当它与当它与当它与当它与周围的硅原子组成共价键时，周围的硅原子组成共价键时，周围的硅原子组成共价键时，周围的硅原子组成共价键时，将缺少一个价电子，将缺少一个价电子，将缺少一个价电子，将缺少一个价电子，产生了一个产生了一个产生了一个产生了一个空位空位空位空位。下页下页上页上页首页首页硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，杂质原子成为负离子，硅原子的杂质原子成为负离子，硅原子的杂质原子

15、成为负离子，硅原子的杂质原子成为负离子，硅原子的共价键中产生一个共价键中产生一个共价键中产生一个共价键中产生一个空穴。空穴。空穴。空穴。在这种杂质半导体中，空在这种杂质半导体中，空在这种杂质半导体中，空在这种杂质半导体中，空穴的浓度远高于自由电子穴的浓度远高于自由电子穴的浓度远高于自由电子穴的浓度远高于自由电子的浓度。的浓度。的浓度。的浓度。+3+3+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴空穴空穴在室温下仍有在室温下仍有在室温下仍有在室温下仍有电子电子电子电子-空穴空穴空穴空穴对的产生和复合。对的产生和复合。对的产生和复合。对的产生和复合。多数多数多数多数载流载

16、流载流载流子子子子P P型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体。空穴型半导体。空穴型半导体。空穴型半导体。下页下页上页上页3 3价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子的作用，所以称为的作用，所以称为的作用，所以称为的作用，所以称为受主原子受主原子受主原子受主原子。少数少数少数少数载流载流载流载流子子子子首页首页自由电子数自由电子数自由电子数自由电子数=空穴数

17、空穴数空穴数空穴数+正离子数正离子数正离子数正离子数因此对外呈现电中性因此对外呈现电中性因此对外呈现电中性因此对外呈现电中性在杂质半导体中：在杂质半导体中：在杂质半导体中：在杂质半导体中：1.1.杂质半导体利用多子导电；杂质半导体利用多子导电；杂质半导体利用多子导电；杂质半导体利用多子导电；2.2.多子浓度取决于掺入杂质的浓度；多子浓度取决于掺入杂质的浓度；多子浓度取决于掺入杂质的浓度；多子浓度取决于掺入杂质的浓度；3.3.少子的浓度主要取决于温度（本征激发）；少子的浓度主要取决于温度（本征激发）；少子的浓度主要取决于温度（本征激发）；少子的浓度主要取决于温度（本征激发）；总结总结总结总结上页上页首页首页