(1.3.1)--3.1 半导体的基本知识.ppt

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1、二极管及其基本电路二极管及其基本电路半导体的基本知识半导体的基本知识PN结的形成及特性结的形成及特性0102目 录CONTENTS0304二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法05特殊二极管特殊二极管半导体的基本知识半导体的基本知识半导体材料半导体材料本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体半导体材料半导体材料n根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻率)的不同来划分，的不同来划分，可分为可分为:导体、绝缘体和半导体。导体、绝缘体和半导体。n物体的导电性能决定于原子结构。物体的导电性能决定于原子结构。导体：低价元素。导体：低价元

2、素。绝缘体：高价元素。绝缘体：高价元素。半导体：四价元素，导电性能介于两者之间。半导体：四价元素，导电性能介于两者之间。典型的半导体有典型的半导体有硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。n半导体掺入特定杂质后，具有以下特点：半导体掺入特定杂质后，具有以下特点：（1）导电性能具有可控性。）导电性能具有可控性。（2）光照、热幅射，导电性能将有显著变化。）光照、热幅射，导电性能将有显著变化。本征半导体本征半导体 1.本征半导体的晶体结构本征半导体的晶体结构硅晶体的空间排列硅晶体的空间排列本本征征半半导导体体化化学学成成分分纯纯净净的的半半导导体体。它在物理结构上呈单晶体形态。它在物

3、理结构上呈单晶体形态。本征半导体本征半导体硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构本征半导体本征半导体 空穴空穴共价键共价键中的空位。中的空位。电子空穴对电子空穴对由热激发而产生的自由热激发而产生的自由电子和空穴对总是由电子和空穴对总是成对出现。成对出现。2.本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子 载流子载流子指运载电荷的粒子，电导率的指运载电荷的粒子，电导率的高低取决于载流子的浓度。高低取决于载流子的浓度。自由电子自由电子仅有少数价电子能挣脱共价键的仅有少数价电子能挣脱共价键的束缚成为自由电子。束缚成为自由电子。本征半导体本征半导体 空穴电流空穴电流空穴

4、的定向移动。空穴的运动是靠空穴的定向移动。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。相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。n本征半导体中的电流：本征半导体中的电流：在外加电场的作用下，本征半导体中将形成电流。在外加电场的作用下，本征半导体中将形成电流。n本征半导体中的电流：本征半导体中的电流：=电子电流电子电流+空穴电流空穴电流 电子电流电子电流自由电子的定向移动。自由电子的定向移动。本征半导体本征半导体 3.本征半导体中载流子的浓度本征半导体中载流子的浓度n本征激发：本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象。n复合：复合：自由电子填补空穴，两者同时消失。n动态平

5、衡：动态平衡：产生=复合，即载流子浓度一定。温度 热运动加剧 载流子浓度 导电性增强。n注意：注意：本征半导体的导电性能很差且与环境温度密切相关。性能对温度的敏感性 制作热敏和光敏器件；半导体器件温度稳定性差。杂质半导体杂质半导体n在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使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。控制掺杂浓度，可控制导电性能。三价或五价元素。控制掺杂浓度，可控制导电性能。N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体型半

6、导体掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺入杂质的本征半导体。杂质半导体杂质半导体N型半导体型半导体n因五价杂质原子中只有四个价因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。缚而很容易形成自由电子。n在在N型半导体中型半导体中自由电子是多数载流子自由电子是多数载流子，它主要由，它主要由杂质原子提供；杂质原子提供；空穴是少数载流子空穴是少数载流子,由热激发形成。由热

7、激发形成。n提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正正离子离子，因此五价杂质原子也称为，因此五价杂质原子也称为施主杂质施主杂质。杂质半导体杂质半导体n因三价杂质原子在与硅因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。键中留下一个空穴。n在在P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子空穴是多数载流子，它主要由掺杂，它主要由掺杂形成；形成；自由电子是少数载流子自由电子是少数载流子，由热激发形成。由热激发形成。n空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子负离子。三。三价杂质因而也称为价杂质因而也称为受主杂质受主杂质。P型半导体型半导体本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体自由电子、空穴自由电子、空穴N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子施主杂质、受主杂质施主杂质、受主杂质本节中的有关概念本节中的有关概念感谢观看感谢观看