1.2.1 半导体及PN结(课件）-高二《汽车电工电子基础》同步教学（西南交大出版社）

1.2 半导体器件 1. 掌握半导体元件的结构、性能、工作原理 和特点。 2. 正确分析电子电路的工作原理。 3. 正确选择和合理使用半导体元件。 4．学会半导体二极管和三极管的测量方法。 学习目的  理论课堂 1.2.1 半导体及PN结 半导体的特点： 半导体导电特性独有的特点 热敏性 光敏性 杂敏性 自然界中的物质按导电性能可以分为 导体 半导体 绝缘体 î í ì 完全纯净、原子结构排列整齐的半导体称为本征半导体。  理论课堂 1.2.1 半导体及PN结 1．本征半导体 高纯度的硅和锗都是单晶结构，它们的原子整齐地按一定规律排列，原子间的距离不仅很小，而且是相等的。 （a）硅原子结构 （b）锗原子结构 这四个价电子不仅受自身原子核的束缚，还受到相邻原子核的吸引，从而形成了共价键结构，如图所示： 价电子（本征激发/热激发） 自由电子-空穴对 （1）温度越高，自由电子--空穴对数目越多； （2）自由电子--空穴数目相等，对外不显电性。 硅（锗）原子在晶体中的共价键排列 复合 平衡 注意： 半导体与导体不同，内部有两种载流子参与导电——自由电子与空穴。在外加电场的作用下，有： I=In（电子电流）+Ip（空穴电流） 空穴导电的实质是价电子的定向移动！ （2） P型半导体  理论课堂 1.2.1 半导体及PN结 2．杂质半导体 （1）Ｎ型半导体 在本征半导体中有目的、有选择的掺入微量某种杂质 元素构成杂质半导体。 ——杂质为少量5价元素，如磷（P） 自由电子——多数载流子 空穴——少数载流子 载流子数  电子数 磷原子 自由电子 正离子 多数载流子 少数载流子 N 型半导体的简化图示 （1）Ｎ型半导体 ——杂质为少量3价元素，如硼（B）。 空穴 —— 多子 自由电子 ——少子 硼原子 空穴 载流子数  空穴数 P型半导体的简化图示 多数载流子 少数载流子 负离子 （2）P型半导体 注意： 无论是N型还是P型半导体都是电中性，对外不显电性！！！  理论课堂 1.2.1 半导体及PN结 3．PN结的形成与特性 什么是PN结？ PN结是P型与N型半导体区域交界处的特殊带电薄 层，具有特殊的单向导电性，是半导体元器件制造的基础单元。 载流子浓度差 复 合 (耗尽层) 内电场 阻碍多子扩散帮助少子漂移 扩散漂移动态平衡 注意：动态平衡的PN结交界面上无电流流过，即 I = 0。 内电场 多 子 扩 散 空间 电荷 区 平衡PN结 P区 N区 （1）PN结的形成 3．PN结的形成与特性 所以，正偏时扩散运动增强，漂移运动几乎减小为0，宏观上形成很大的正向电流 IF 。 外电场越强，正向电流越大，PN结的正向电阻越小。 内电场 外电场 P区 N区 多子空穴 多子自由电子 正向电流IF +  U R （2）PN结的单向导电性 1）PN结的正向导通特性——正偏导通（P区电位高于N区） 2）PN结的反向截止特性——反偏截止（P区电位低于N区） 所以，反偏时漂移运动增强，扩散运动几乎减小为0，由于少子数目较少，宏观上形成极小的反向电流IR （接近于0） 。 外电场增强，反向电流也几乎不增加，PN结的反向电阻很大。  + U R P区 N区 少子自由电子 少子空穴 反向电流IR 内电场 外电场 要记住： （1）外加正向电压时PN结的正向电阻很小， 电流较大，是多子扩散形成的； （2）外加反向电压时PN结的反向电阻很大， 电流极小，是少子漂移形成的。 要注意： PN结电路中要串联限流电阻。 $