2022-2023学年高二物理竞赛课件：杂质半导体

杂质半导体 杂质半导体 (1) N型半导体 (2) P型半导体 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。 2 结论： （1）多子的浓度主要取决于掺入的杂质，受温度的影响很小； （2）少子的浓度虽然很低，但是它受温度的影响很大，少子浓度对温度的敏感性是致使半导体器件温度特性差的主要原因。 PN结 2、PN结的形成 3、PN结的单向导电性 1、载流子的漂移运动和扩散运动 4 1、载流子的漂移运动和扩散运动 载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动，所形成的电流称为漂移电流。 同一半导体中，自由电子和空穴形成的漂移电流方向一致，电场越强，漂移电流越大。 载流子因浓度差而进行的定向运动称为扩散运动，形成扩散电流。若没有外来的超量载流子注入或电场的作用，半导体内的载流子浓度逐渐趋于均匀直至扩散电流为零。 2、PN结的形成 在一块本征半导体在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N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程: 因浓度差  多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区  空间电荷区成内电场  内电场促使少子漂移  内电场阻止多子扩散 6 最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。对于 P型半导体和N型 半导体结合面， 离子薄层形成的 空间电荷区称为 PN结。在空间电 荷区，由于缺少 多子，所以也称 耗尽层。 图3.6 PN结的形成过程 PN 结形成 的过程可参阅图3.6。 PN结的单向导电性 如果外加电压使PN结中： P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏； PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区， PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。 P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压， 简称反偏。 (1) PN结加正向电压时的导电情况 外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是,内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。 PN结加正向电压时的导电情况如图3.7所示。 图3.7 PN结加正向电压 时的导电情况 9 (2) PN结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强， 扩散电流大大减小。此时 PN结区的少子在内电场的 作用下形成的漂移电流大 于扩散电流，可忽略扩散 电流，PN结呈现高阻性。 在一定的温度条件下， 由本征激发决定的少子浓 度是一定的，故少子形成 的漂移电流是恒定的，基 本上与所加反向电压的大 小无关，这个电流也称为 反向饱和电流。 PN结加反向电压时的导电情况如图3.8所示。 图 3.8 PN结加反向电压时的导电情况 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。 11 反向特性和击穿特性 当U＜0时，即处于反向特性区域。 反向区也分两个区域： 当UBR＜U＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS 。 当U≥UBR时，反向电流急剧增加，UBR称为反向击穿电压 。由于击穿破坏了ＰＮ结的单向导电特性, 因而一般使用时应避免出现击穿现象。 $