第二讲半忌体基础知识
第二讲 半导体基础知识
③大学 第二讲半导体基础知识 本征半导体 二、杂质半导体 三、N结的形成及其单向导电性 FN结的电容效应
第二讲 半导体基础知识 一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
电阻率介于102~ 本征半导体 109欧姆/厘米 什么是半导体?什么是本征半导体? 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体一一铁、铝、铜等金属元素等低价元素,其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动,形成电流。 绝缘体一一惰性气体、橡胶等,其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强,只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体一一硅(Si)、锗(Ge),均为四价元素,它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 无杂质稳定的结构
一、本征半导体 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 无杂质 稳定的结构 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 1、什么是半导体？什么是本征半导体？ 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 电阻率介于10-2～ 109欧姆/厘米
1、本征半导体的结构 共价键 自由 由于热运动,具有足够能量 空穴 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置,称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失,称为复合。 定温度下,自由电子与空穴对的浓度一定;温度升高, 热运动加剧,挣脱共价键的电子增多,自由电子与空穴对 的浓度加大
1、本征半导体的结构 由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 共价键 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大
2、本征半导体中的两种载流子 运载电荷的粒子称为载流子。 +4 4 外加电场时,带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电, }(且运动方向相反。由于载流子数 4):目很少,故导电性很差。 温度升高,热运动加剧,载流 子浓度增大,导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 载流子 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体?
载流子 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载流 子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？ 2、本征半导体中的两种载流子 运载电荷的粒子称为载流子
二、条质半寻体 1.N型半导体 %():多数载流子 空穴比未加杂质时的数目 多了?少了?为什么? 杂质半导体主要靠多数载 施主 原子 流子导电。掺入杂质越多, 多子浓度越高,导电性越强, 实现导电性可控。 磷(P)
二、杂质半导体 1. N型半导体 +5 磷（P） 杂质半导体主要靠多数载 流子导电。掺入杂质越多， 多子浓度越高，导电性越强， 实现导电性可控。 多数载流子 空穴比未加杂质时的数目 多了？少了？为什么？
2.P型半导体 多数载流子 空穴 P型半导体主要靠空穴导电, +4 4 掺入杂质越多,空穴浓度越高, 空位 导电性越强, 在杂质半导体中,温度变化时, 受主{。载流子的数目变化吗?少子与多 原子 子变化的数目相同吗?少子与多 )个.).子浓度的变化相同吗? 硼(B)
2. P型半导体 +3 硼（B） 多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强， 在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？
三、PN结的形成及其单向导电性 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之 空穴负离子正离子自由电子 P区空穴 N区自由电 浓度远高Q。o°,666子浓度远高 于P区。 于N区。|8。ead:@: ○○°Q④ P区 N区 扩散运动 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低,产生内电场,不利于扩散运动的继 续进行
三、PN结的形成及其单向导电性 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。 扩散运动 P区空穴 浓度远高 于N区。 N区自由电 子浓度远高 于P区。 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，产生内电场，不利于扩散运动的继 续进行
PN结的形成 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子,形成 内电场,从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N区运动。 空间电荷区 漂移运动 966 因电场作用所产生 ⊙⑥的运动称为漂移运动。 od④ P区 N区 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同, 达到动态平衡,就形成了PN结
PN结的形成 因电场作用所产生 的运动称为漂移运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同， 达到动态平衡，就形成了PN结。 漂移运动 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动
PN结的单向导电性 耗尽层 耗尽层 P区 N区 N区 lo oloooloooloo 内电场 内电场 外电场 外电场 U U R R PN结加正向电压导通: PN结加反向电压截止 耗尽层变窄,扩散运动加耗尽层变宽,阻止扩散运动, 剧,由于外电源的作用,形有利于漂移运动,形成漂移电 成扩散电流,PN结处于导通流。由于电流很小,故可近似 状态。 认为其截止
PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加 剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，PN结处于导通 状态。 PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动， 有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。 PN结的单向导电性