1.1 半导体的基本知识 (课件）-高二《电子技术基础与技能》同步教学（机械工业版）

第1章 双极型半导体器件 1.1.1 本征半导体及其导电性 1. 本征半导体共价键结构 物质按其导电能力的强弱分类： 导体——容易传导电流的材料称为导体。 绝缘体——几乎不传导电流的材料称为绝缘体。 半导体——导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。 本征半导体——化学成分纯净的半导体。 由于绝大多数半导体的原子排列呈晶体结构，所以由半导体构成的管件也称晶体管。 1.1 半导体的基本知识 退出 2. 电子空穴对 自由电子: 当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原的束缚，而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发，也称热激发。 图1-1 本征激发和复合的过程 空穴: 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。 电子空穴对: 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。 本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡. 3. 空穴的移动 I 由空穴移动形成的电流 由电子移动形成的电流 自由电子移动方向 空穴移动方向 E 图1-2 半导体中电子和空穴在外电 场作用下的移动方向和形成的电流 电子移动时是负电荷的移动，空穴移动时是正电荷的移动，电子和空穴都能运载电荷，所以他们都称为载流子。 1.1.2 杂质半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导体,也称电子型半导体。 图1-3 N型半导体的结构示意图 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 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。 N型半导体的特点： 自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子， 以自由电子导电为主。 P型半导体的特点： 空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，以空穴导电为主。 图1-4 P型半导体的结构示意图 半导体的特性： ⑴光敏性和热敏性。 即半导体受到光照或热的辐射时，其电阻率会发生很大的变化，导电能力将有明显的改善，利用这一特性可制造光敏元件和热敏元件。 ⑵掺杂特性。 即在纯净的半导体中掺入微量的其他元素，半导体的导电能力将有明显的增加。 扩散运动 多子从浓度大向浓度小的区域运动。 漂移运动 少子向对方运动，漂移运动产生漂移电流。 动态平衡 扩散电流=漂移电流，PN结内总电流为0。 PN 结 稳定的空间电荷区，又称为高阻区、耗尽层， PN结的接触电位 内电场的建立，使PN结中产生电位差。从而形成接触电位V 接触电位V决定于材料及掺杂浓度 锗： V=0.2～0.3V 硅： V=0.6～0.7V 1.1.3 PN结及单向导电性 P型半导体 空间电荷区 N型半导体 内电场方向 PN结 退出 1 PN结 1.PN结加正向电压 P 区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏； 外电场方向与PN结内电场方向相反，削 弱了内电场。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结呈现低电阻。 2. PN结加反向电压 P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏； 外电场与PN结内电场方向相同，增强内 电场。内电场对多子扩散运动阻碍增强， 扩散电流大大减小。少子在内电场的作用 下形成的漂移电流加大。 PN结呈现高电阻。 内 外 Sect 2 PN结的单向导电性 内 外 式中 Is  饱和电流; VT = kT/q 等效电压 k  波尔兹曼常数； T=300K（室温）时 VT= 26mV 3. PN结电流方程 由半导体物理可推出：  当加反向电压时：  当加正向电压时： (v>>VT) Sect 4. PN结的反向击穿 反向击穿 PN结上反向电压达到某一数值，反向电流激增。  雪崩击穿 当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增。  齐纳击穿 当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子,使反向电流激增。 击穿可逆。 掺杂浓度小的