2022-2023学年高二物理竞赛课件：本征半导体的导电机理

本征半导体的导电机理 2 本征半导体的导电机理 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电 子和空穴。 温度越高载流子的浓度越高本征半导体的导电能 力越强。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。    电流：空穴电流的方向与运动方向一致， 电子电流的方向与运动方向相反。 ---总电流方向仍然一致。  3 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。 ◆ ◆ ◆ ◆ 4 一、 PN结的形成 因浓度差多子的扩散运动形成空间电荷区空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡形成PN结 多子扩散 少子漂移 PN结 5 PN结建立在N型和P型半导体的结合处，由于扩散运动，失空穴和电子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)。 6 空间电荷区中没有载流子。 空间电荷区中内电场阻碍多子（ P中的 空穴、N中的电子） 的扩散运动。 半导体中有 两种电流 漂移电流(Drift Current)：由载流子的漂移运动形成的电流 扩散电流(Diffusion Current)：由载流子的扩散运动形成的电流 PN区少子浓度很小，因此形成的漂移电流很小。 空间电荷区中内电场推动少子（ P中的 电子、N中的空穴） 的漂移运动。 归纳 漂移运动：由电场力引起的载流子定向运动 扩散运动：由于载流子浓度不均匀（浓度梯度）造成的运动 7 1） PN结正向偏置 特点 外电场与内电场方向相反（削弱内电场），使 PN结变窄。 扩散运动＞漂移运动。 PN结电阻小， 电流大，正向导通。 I的大小与外加电压有关 正向偏置：阳极P接电源正极，阴极N接电源负极 二、PN结的单向导电性 8 特点： 外电场与内电场方向相同（增强内电场），使PN结变宽。 扩散运动＜漂移运动 结电阻大，反向电流很小，反向截止 I 反的大小与少子的数量有关，与温度有关。 2) PN结反向偏置 反向偏置：阳极P接电源负极，阴极N接电源阳极 9 PN结的单向导电性 正向特性 反向特性 归纳 ◆ ◆ 外电场削弱内电场，PN结电阻小，电流大，导通； I的大小与外加电压有关； 外电场增强内电场，结电阻大，反向电流很小，截止； I反的大小与少子的数量有关，与温度有关。 P（+），N（-） P（-），N（+） 10 三、PN结的电流方程 式中，UT＝kT/q，称为电压温度当量，与温度成正比， T=300K时，UT＝26mV。 IS为反向饱和电流 正向特性：u>0，u↑→i↑，u>>UT时， 按指数规律快速增加。 反向特性：u<0， |u|>>UT 时，i≈-IS，恒定不变。 11 四、 PN结的伏安特性 u i U(BR) 0 正向特性：u>0，u↑→i↑，u>>UT时， 按指数规律快速增加。 反向特性：①u<0， |u| >>UT 时，i≈-IS，恒定不变。 ② |u|↑>U(BR)时，| i |急剧增加－反向击穿。 12 ①齐纳击穿：PN结很薄，反向电压大时，电场强度很大，破坏共价键，价电子→自由电子，载流子数↑↑，反向电流↑↑。 ②雪崩击穿：电场增强，漂移速度加快，撞击价电子，价电子获得能量，→自由电子空穴对，参加漂移，再撞击其它的价电子，形成连锁反应，使载流子数↑↑，反向电流↑↑。 电击穿：当 |u |↓→自由电子变回价电子→反向电流↓。可逆。 热击穿：电流很大，烧坏PN结。不可逆。 反向击穿的原因： $