22半导体二极管和三极管的开关特性 22.1半导体基本知识 1.半导体材料 导体:铜,银,铝,铁 绝缘体:云母,陶瓷,塑料,橡胶 半导体:硅,锗 半导体得以广泛应用,是因为其导电性能会随 外界条件的变化而产生很大的变化。 使导电性能产生很大变化的外界条件主要有: 温度:温度上升,电阻率下降。 光照:光照使电阻率降低。 掺杂:掺入少量的杂质,会使电阻率大大降低
1 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性 导体：铜，银，铝，铁…… 绝缘体：云母，陶瓷，塑料，橡胶…… 半导体：硅，锗…… 半导体得以广泛应用，是因为其导电性能会随 外界条件的变化而产生很大的变化。 1. 半导体材料 使导电性能产生很大变化的外界条件主要有： 温度：温度上升，电阻率下降。 光照：光照使电阻率降低。 掺杂：掺入少量的杂质，会使电阻率大大降低。 2.2.1 半导体基本知识
2.锗、硅晶体的共价键结构 (1)原子结构 硅 +14 锗 +32 共同特点 最外层具有4个价电子。“(4
2 2. 锗、硅晶体的共价键结构 （1） 原子结构 硅 +14 锗 +32 共同特点： 最外层具有4个价电子。 +4
(2)晶格与共价键 处于共价键中的电子称 为束缚电子。 +4)。(+4 束缚电子能量小,不能 参与导电。 +4 半导体的共价键结构
3 （2） 晶格与共价键 半导体的共价键结构 处于共价键中的电子称 为束缚电子。 束缚电子能量小，不能 参与导电
3.本征半导体与本征激发 本征半导体:高度纯净,结构完整的半导体。 本征激发: 空穴 (+4 束缚电子获得一定能量,脱离 共价键束缚而成为自由电子的 现象 44)a(+4)。(+4) 本征激发后,共价键中留下的空 位叫空穴 本征激发产生自由电子和空穴对 认为空穴带正电荷,电荷量等于电子电荷量 自由电子失去能量,重新回到共价键上,称为复合 4
4 3. 本征半导体与本征激发 本征半导体：高度纯净，结构完整的半导体。 本征激发： 束缚电子获得一定能量，脱离 共价键束缚而成为自由电子的 现象。 认为空穴带正电荷，电荷量等于电子电荷量。 自由电子失去能量，重新回到共价键上，称为复合。 本征激发后，共价键中留下的空 位叫空穴。 本征激发产生自由电子和空穴对 空穴
空穴的运动 束缚电子填补空穴的运动 称空穴的运动。 4)_ 半导体中有两种载流子: 自由电子和空穴。 4)o(+4+4) 半导体中的电流是 电子流和空穴流之和 在本征半导体中, 硅原子的价电子比锗离核自由电子数总等于空穴数, 近,受原子核束缚力较大且浓度低,导电能力差。 ,在同样温度下本征激发本征激发产生的载流子浓度 较小,温度稳定性较好。随温度增加急剧增大
5 空穴的运动 半导体中有两种载流子： 自由电子和空穴。 半导体中的电流是 电子流和空穴流之和。 在本征半导体中， 自由电子数总等于空穴数， 且浓度低，导电能力差。 束缚电子填补空穴的运动 称空穴的运动。 硅原子的价电子比锗离核 近，受原子核束缚力较大 ，在同样温度下本征激发 较小，温度稳定性较好。 本征激发产生的载流子浓度 随温度增加急剧增大
4.杂质半导体 在本征半导体中掺入微量 (1)P型半导体3价元素(如硼)形成。 本征激发产生 杂质元素使共价 电子空穴对。 键上缺少1个电 +4o子 杂质原子获得一个 +3+4电子成为负离子 价杂质称为 硅原子的共价键上 受主杂质 缺少一个电子形成 空穴。 空穴-多数载流子(多子)一个三价杂质原子产生 自由电子一少数载流子(少子)一个空穴负离子对
6 4. 杂质半导体 （1） P型半导体 在本征半导体中掺入微量 3价元素（如硼）形成 。 +4 +4 +3 +4 +4 空 穴 -----多数载流子(多子) 自由电子---少数载流子(少子) 本征激发产生 电子-空穴对。 一个三价杂质原子产生 一个空穴-负离子对。 三价杂质称为 受主杂质。 杂质原子获得一个 电子成为负离子。 硅原子的共价键上 缺少一个电子形成 空穴
(2)N型半导体 在本征半导体中掺入少量的5价元素(如磷)形成。 杂质原子多余的一个价 本征激发:自 电子容易挣脱原子核的 由电子空穴 束缚变成自由电子 对 杂质原子失去一个 电子成为正离子 +5 个5价杂质原子产生 个电子-正离子对。 自由电子---多数载流子 5价杂质施主杂质空穴-少数载流子
7 （2） N型半导体 在本征半导体中掺入少量的 5价元素（如磷）形成。 杂质原子多余的一个价 电子容易挣脱原子核的 束缚变成自由电子。 一个5价杂质原子产生 一个电子-正离子对。 本征激发：自 由电子-空穴 对 杂质原子失去一个 电子成为正离子。 5价杂质-----施主杂质 自由电子-----多数载流子 空 穴 -----少数载流子
结论 ◆掺杂会大大提高半导体中载流子浓度,使导电性 能大增。 ◆掺入五价杂质产生N型半导体(电子型半导体) 多子一电子、少子一空穴。 ◆掺入三价杂质产生P型半导体(空穴型半导体) 多子一空穴、少子一电子。 多子浓度近似等于杂质浓度, 少子浓度与温度密切相关
8 结 论 ◆掺杂会大大提高半导体中载流子浓度，使导电性 能大增。 ◆掺入五价杂质产生N型半导体（电子型半导体） 多子—电子、少子—空穴。 ◆掺入三价杂质产生P型半导体（空穴型半导体） 多子—空穴、少子—电子。 ◆多子浓度近似等于杂质浓度， 少子浓度与温度密切相关
222PN结的形成及特性 1.PN结的形成 ◆浓度差产生多子扩散运动 扩散破坏了原来的电中性, P区失去空穴,留下负离子; P结区 N区失去电子,留下正离子, e9e的正负离子的数量相等 ◆扩散运动形成空间电荷区 在P区和N区交界面附近,形 δp8n 成由不能移动的正负离子组 空间电荷区宽度与成的区间,称空间电荷区, 杂质浓度成反比。 也称PN结区
9 2.2.2 PN结的形成及特性 1. PN结的形成 ◆浓度差产生多子扩散运动 扩散破坏了原来的电中性, P区失去空穴，留下负离子； N区失去电子，留下正离子， 正负离子的数量相等。 p n P N ◆扩散运动形成空间电荷区 在P区和N区交界面附近，形 成由不能移动的正负离子组 成的区间，称空间电荷区， 也称PN结区。 PN 结区 空间电荷区宽度与 杂质浓度成反比
E ◆空间电荷产生内建电场 P 内建电场阻止多子的扩散 eQ中e哦运动。 OOOO OO QQeO⊕ee◆内建电场有利于少子的 结区 漂移运动。 载流子在电场作用下产生 ◆耗尽层 的定向运动称漂移运动。 PN结内由于扩散与复合 使载流子几乎被耗尽,◆扩散与漂移达到动态 是高阻区。也称阻挡层。平衡时,PN结形成。 动态平衡时流过PN结的 总电流为0
10 ◆空间电荷产生内建电场 内建电场阻止多子的扩散 运动。 ◆耗尽层 PN结内由于扩散与复合， 使载流子几乎被耗尽， 是高阻区。也称阻挡层。 结区 E P N ◆内建电场有利于少子的 漂移运动。 载流子在电场作用下产生 的定向运动称漂移运动。 ◆扩散与漂移达到动态 平衡时，PN结形成。 动态平衡时流过PN结的 总电流为0