2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体基础知识

半导体基础知识 杂质半导体 ---N型半导体和P型半导体 Si Si Si Si Si Si Si Si Si 共价键 掺入微量的五价元素：磷P(或锑) (1)N型半导体: 多数载流子为电子， 少数载流子为空穴。 在室温下就可以激发成自由电子 半导体基础知识 杂质半导体 ---N型半导体和P型半导体 掺入微量的三价元素：硼B(或铝) (2)P型半导体: 半导体基础知识 Si Si Si Si Si Si Si Si Si 共价键 受主原子 空位吸引邻近原子的价电子填充。 多数载流子为空穴， 少数载流子为电子。 半导体基础知识 综上所述： 无论N型还是P型半导体，对外都呈电中性。 注意： (1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导体。其中电子是多数载流子，空穴是少数载流子，此外还有不参加导电的正离子。 (2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P型半导体。其中空穴是多数载流子，电子是少数载流子，此外还有不参加导电的负离子。 (3)杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由本征激发产生，其浓度与温度有关。 半导体基础知识 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）。 a b c 4. 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） b a 练习题： 基本结构和类型 半导体二极管 金属触丝 阳极引线 N 型锗片 阴极引线 外壳 ( a ) 点接触型 铝合金小球 N 型硅 阳极引线 PN 结 金锑合金 底座 阴极引线 ( b ) 面接触型 阴极 阳极 VD 按材料分：硅(Si)管和锗(Ge)管； 按工艺分：点接触型和面接触型； 符号： (Diode) 阳极 阴极 管壳 按用途分：整流管、稳压管、 开关管等。 P N 型号： 2AP15 二极管 C: N型Si 材料 极性 A: N型Ge B: P型Ge D: P型Si 类型 P: 普通管 Z: 整流管 K: 开关管 W: 稳压管 序号 例如2CZ10,2CW18等。 二极管的伏安特性 半导体二极管 反向击穿 电压UBR 导通管压降UD U I 死区电压Uth P N + – P N – + 另外,伏安特性与温度T有关，当T↑时,UT↓,UB↓, IR↑。 iD = 0 UT = 0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管) U  Uth iD 急剧上升 0  U  Uth UD= 0.7 V (硅管) 0.3 V (锗管) ︱U ︱< ︱UBR︱ iD = IS (反向饱和电流) ︱U ︱> ︱UBR︱ 反向电流急剧增大 二极管被反向击穿 正向特性： 反向特性： 半导体二极管 二极管具有单向导电特性 (1) 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）大于死区电压时， 二极管处于导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。 导通时管压降：硅0.7V；锗0.3V (2) 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时， 二极管处于截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。当反向电压大于反向击穿电压时，二极管被击穿，失去单向导电性。 问题：如何判断二极管的好坏及其正负极性？ 二极管的应用 半导体二极管 UD (2) 恒压降模型 U I O U I O (1) 理想模型 分析方法：将二极管断开，分析二极管阴、阳极电位。 a）理想二极管： 若V阳>V阴（正向偏置），二极管导通，相当于开关闭合； 若V阳<V阴（反向偏置），二极管截止，相当于开关断开。 b）普通二极管：（以硅管为例，正向导通电压取0.7V） 若V阳-V阴>0.7V，二极管导通，导通后正向压降UD=0.7V； 若V阳-V阴<0.7V，二极管截止，反向电流iD=0，相当于开关断开。 判断二极管是导通还是截止？并计算电压UAB ( 二极管正向压降忽略不计)。 忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 例： 取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 V阳 =－6 V，V阴 =－12 V ∵V阳>V阴 ， ∴二极管导通。 若不是理想二极管， 则二极管为Ge管时, UAB为－6.3Ｖ； 二极管为Si 管时, U