2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体二极管及其基本电路

半导体二极管及其基本电路 半导体的基本知识 一、本征半导体 ( Intrinsic Semiconductors ) 纯净的半导体晶体称为本征半导体 半导体二极管及其基本电路 3 1. 本征半导体的共价键结构（硅）： 硅原子外层轨道4个价电子，它与相邻原子靠得很近，使价电子成为两个原子公有，形成共价键结构。 +4 +4 +4 +4 共价键 共价键中的两个电子 图2－1 4 2. 本征半导体的特点： 在T=0K（绝对零度）和无外界激发，没有自由运动的带电粒子—载流子；  T ，受热激发，如 T = 300K（室温），少数价电子会挣脱束缚成为自由电子，留下空穴——本征激发。 5 3. 本征半导体中的两种载流子：  自由电子 ( free electron )  空穴 ( hole 价电子挣脱束缚后留下的空位） a. 带正电，所带电量与电子相等； b. 可以“ 移动”； c. 本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相等。 6 二、杂质半导体 ( Extrinsic Semiconductors ) 半导体的导电能力取决于载流子的数目，本征半导体受热激发只产生少量电子空穴对，载流子浓度很低，外加电场作用，电流极其微弱； 若在本征半导体中掺入微量杂质，则导电性能大为改观，掺入百万分之一的杂质，载流子浓度增加1百万倍。 9 1. N型半导体 ( N-type semiconductor )  形成 ( Negative) 本征掺杂： 本征半导体 得到大量电子（无空穴） 5价磷 本征激发：得到少量电子空穴对 +4 +4 +4 +5 磷原子 多余电子 图2－2 10  特点 a. 自由电子为多数载流子（多子） 空穴为少数载流子 （少子）； b. 磷原子被称为施主杂质，本身因失去电子而成为正离子。  N型半导体可简化成 + 图2－3 11 2. P型半导体  形成 本征掺杂： 本征半导体 得到大量空穴（无电子） 3价硼 +4 +4 +4 +3 图2－ 4 硼原子 空穴 本征激发：得到少量电子空穴对 12 9 p-- Positive n-- Negative  特点 a. 空穴为多数载流子 （多子） 自由电子为少数载流子（少子）； b. 硼原子被称为受主杂质 ，本身因获得电子而成为负离子。  P型半导体可简化成 － 图2－5 13 §2.2 PN结的形成 一、PN结的形成 ( The pn junction ) 用化学方法把N型半导体和P型半导体结合在一起。 图2－6 – – – – – – – – – P型 + + + + + + + + + N型 15  浓度差别 多子扩散 空间电荷区  当扩散和漂移达到动平衡，即形成PN结。 内电场  内电场 少子漂移 + + + + + + + + + – – – – – – – – – + + + – – – P型区 N型区 空间 电荷区 图2－7 内电场V0 14 $