2022-2023学年高二物理竞赛课件：两种导电机理——漂移和扩散

两种导电机理——漂移和扩散 两种导电机理——漂移和扩散 载流子在电场作用下的运动,称为漂移运动，所形成的电流，称为漂移电流。看书P1-1-6图。P、N。 漂移电流密度 总漂移电流密度： 迁移率 一、漂移与漂移电流 外加电场，(少子)定向运动。 注意: (1-1-6) (1-1-7) (1-1-8) P7，本征硅，掺入五价，N型；再掺入相反性质的杂质，三价且浓度更高,可改变导电类型为P型。杂质补偿。 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。 T=400 K， ni = n = p =7.59×1012/cm3， n0=Nd=8×1014/cm3， 少子p0=7.2×1010/cm3 T=500 K， ni = n = p =3.53×1014/cm3 ，联立求解(1-1-2) 、 (1-1-3) N0=9.33×1014/cm3， 少子p0=1.34×1014/cm3 例 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 3 例1-1-3 本征半导体、杂质半导体。 复习：本节有关概念 N型半导体、P型半导体。 多数载流子、少数载流子。 施主杂质、受主杂质。 自由电子、空穴。 电导率： 半导体的电导率 电阻： 电压： V = E l 电流： I = S Jt + - V 长度l 截面积S 电场E I (1-1-9) 载流子在浓度差作用下的运动，称为扩散运动，所形成的电流，称为扩散电流。P、N。 P10, 区别,导体：有浓度差=有电荷量差=有电场。 半导体：有浓度差，但无电荷量差=无电场。处处电中性。 扩散电流密度: 二、扩散与扩散电流 N 型 硅 光照 n(x) p(x) 载流子浓度 x no po 光照或恒温，浓度差，(多子)定向运动。 注意: (1-1-10) (1-1-11) <0 <0 常见PN结的结构图 (1) 点接触型二极管 (a)点接触型 二极管的结构示意图 PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分三大类:点接触型、面接触型和平面型。 (3) 平面型二极管 往往用于集成电路制造艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。 (2) 面接触型二极管 PN结面积大，用于工频大电流整流电路。 (b)面接触型 (c)平面型 (4) 二极管的代表符号 P7, 用杂质补偿工艺，把P型、N型半导体在原子级上紧密有机结合，P区与N区的交界面就形成了PN结。 掺杂 N型 -16 P+型+30 It漂移 Id扩散 1.2.1 动态平衡下的P+N结 1.2.1 动态平衡下的P+N结 阻止多子扩散 出现内建电场 开始因浓度差 产生空间电荷区 引起多子扩散 利于少子漂移 最终达动态平衡 注意： PN结处于动态平衡时，扩散电流与漂移电流相抵消，通过PN结的电流为零。 一、(PN结)阻挡层形成的物理过程 空间电荷区（一定宽度） 即P+N结 杂质离子 宽 10 加动画 ①PN结的电位差为VB (N区 P区） ②对称结与不对称结。 ③空间电荷区，缺少多子，所以也称耗尽层。 注意：掺杂浓度（Na、Nd）越大，内建电位差 VB 越大，阻挡层宽度 l0 越小（1-2-5）。Xn〉Xp 二、内建电位差： 三、阻挡层宽度 ： 室温时 锗管 VB  0.2 ~ 0.3V 硅管 VB  0.5 ~ 0.7V 热电压  26mV（室温） (1-2-3) (1-2-2) (1-2-5) (1-2-1) 温度的电压当量 12 加动画 阳极a 阴极k P型支持衬底 N P a阳极引线 k阴极引线 阳极a k阴极 (d) 代表符号 $