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
本征半导体 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
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