2022-2023学年高二物理竞赛课件：杂质半导体

杂质半导体 2 杂质半导体 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。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 (1)N型半导体 (2)P型半导体 2 2 3 （1）N型半导体 磷（P） 多数载流子 在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。 空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？ 4 （2）P型半导体 硼（B） 多数载流子 P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成； 电子是少数载流子，由热激发形成。 在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？ 5 归纳 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。 4、N型半导体中电子是多子，空穴是少子； P型半导体中空穴是多子，电子是少子。 1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。 2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂浓度，少数载流子的数量取决于温度。 ◆ ◆ ◆ ◆ 杂质半导体的导电机理 6 当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可将N型转型为P型； 杂质半导体的转型： 当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可将P型转型为N型 7 杂质半导体的示意表示法 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － P型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N型半导体 8 1.1.3 PN结 一、 PN结的形成 二、 PN结的单向导电性 三、 PN结的电流方程 四、 PN结的伏安特性 五、 PN结的电容效应 PN结是构成半导体器件的核心结构。 PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体结合处所形成的特殊结构。 PN结是半导体器件的心脏。 8 8 9 一、 PN结的形成 在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体，此时将在它们的结合面上形成PN结。 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 空间电荷区 N型区 P型区 PN结 10 P型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － N型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散运动 内电场E 漂移运动 空间电荷区 PN结的形成 浓度差 11 漂移运动 P型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － N型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散运动 内电场E PN结的形成 内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。 扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。 所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。 12 PN结建立在N型和P型半导体的结合处，由于扩散运动，使空穴和电子复合后形成不能移动的负离子和正离子状态。 PN结称为 ---空间电荷区 耗尽层 阻挡层。 PN结很窄（几个到几十个 m)。 $