半导体的基础知识与PN结课件

1、第一章 半导体器件 第一节 半导体基础知识 第二节 PN结及其单向导电性 第三节 半导体二极管 第四节 双极性三极管 第1页，共24页。1.1 半导体的基础知识一、半导体概念导体：自然界中很容易导电的物质称为导 体， 金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体， 如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝 缘体之间，称为半导体， 如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。第2页，共24页。二、半导体的导电机理半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：1.掺杂性 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。2.热敏性和

2、光敏性 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。第3页，共24页。三、 本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）1、本征半导体的结构特点 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。GeSi第4页，共24页。+4+4+4+4+4+4+4+4+4 完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体 将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。价电子共价键图 1.1.1本征半导体结构示意图2、本征半导体的晶体结构当温度 T = 0 K 时，半导体不导电，如同绝缘体。第5页，共24页。+4+4+4+4+4+4+4+4+4图 1.1.2本征半

3、导体中的 自由电子和空穴自由电子空穴 若 T ，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位空穴。T 自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。空穴可看成带正电的载流子。3、本征半导体中的两种载流子（动画1-1）（动画1-2）第6页，共24页。4、本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 温度越高，载流子的浓度越高,因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半

4、导体的一大特点。第7页，共24页。四、 杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 杂质半导体有两种N 型半导体P 型半导体第8页，共24页。1、 N 型半导体(Negative)在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型半导体)。自由电子浓度远大于空穴的浓度电子称为多数载流子(简称多子)，空穴称为少数载流子(简称少子)。(本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子

5、只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。)第9页，共24页。2、 P 型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体(或称空穴型半导体）。空穴浓度多于自由电子浓度空穴为多数载流子(简称多子）， 电子为少数载流子(简称少子)。+3(本征半导体掺入 3 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 3 个价电子，3与硅构成共价键，多余一个空穴。)第10页，共24页。说明：1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。3. 杂质半导体总体上保持电中性。 4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。2. 杂质半导体载流

6、子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。(a)N 型半导体(b) P 型半导体图 杂质半导体的的简化表示法第11页，共24页。 在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为 PN 结。 PNPN结图 PN 结的形成一、PN 结的形成1.2PN结第12页，共24页。 PN 结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN1. 扩散运动2. 扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。 PN 结，耗尽层。PN （动画1-3）第13页，共24页。3. 空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间电

7、荷区正负离子之间电位差 Uho 内电场； 内电场阻止多子的扩散 阻挡层。4. 漂移运动内电场有利于少子运动漂移。 少子的运动与多子运动方向相反 阻挡层第14页，共24页。5. 扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，形成PN结。PNPN结第15页，共24页。二、 PN 结的单向导电性1. PN结 外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置，简称正偏。外电场方向内电场方向耗尽层VRI空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的

8、正向电流。图 1.1.6PN什么是PN结的单向导电性？有什么作用？第16页，共24页。在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。2. PN 结外加反向电压时处于截止状态(反偏)反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；外电场使空间电荷区变宽；不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流 I ；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。第17页，共24页。耗尽层图 1.1.7PN 结加反向电压时截止 反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，随着温度升高， IS 将急剧增大。PN外电场方向内电场方向V

9、RIS第18页，共24页。3、结论加正向电压（正偏）电源正极接P区，负极接N区(2) 加反向电压（反偏）电源正极接N区，负极接P区 PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。第19页，共24页。3半导体的导电能力随温度升高而_，金属导体的电阻率随温度升高而_。 A降低降低 B降低升高 C升高降低 D升高升高1用于制造半导体器件的半导体材料是_。 A磷 B硅 C铟 D锗B、D2在纯净半导体中掺入3价元素形成的是_型半导体。 AP BN CPN D电子导电AD

10、4半导体的载流子随温度升高而_，也就是说半导体的导电性能随温度升高而_。 A减小增强 B减小减弱 C增加减弱 D增加增强D课堂巩固练习第20页，共24页。7P型半导体中的多数载流子是_。 A电子 B空穴 C电荷 D电流5半导体的导电能力在不同条件下有很大差别，若_导电能力会减弱 A掺杂非金属元素 B增大光照 C降低环境温度 D掺杂金属元素C6在PN结的两端通过一块电流表短接，回路中无其它电源，当用光照射该半导体时，电流表的读数是_。 A增大 B减小 C为零 D视光照强度而定B8N型半导体中的多数载流子是_。 A自由电子 B空穴 C电荷 D电流AC9在晶体硅、锗中，参于导电的是_。 A离子 B自

11、由电子 C空穴 DB和CD第21页，共24页。10在半导体两端加上外电压时，半导体中出现的电流是_。 A自由电子电流 B空穴电流 C离子电流 DA和BD 11关于P型、N型半导体内参与导电的粒子，下列说法正确的是_。 A无论是P型还是N型半导体，参与导电的都是自由电子和空穴 BP型半导体中只有空穴导电 CN型半导体中只有自由电子参与导电 D在半导体中有自由电子、空穴、离子参与导电A 12N型半导体中，主要靠_导电，_是少数载流子。 A空穴空穴 B空穴自由电子 C自由电子空穴 D自由电子自由电子C第22页，共24页。13P型半导体中，主要靠_导电，_是少数载流子 A空穴空穴 B空穴自由电子 C自

12、由电子空穴 D自由电子自由电子B14下列PN结两端的电位值，使PN结导通的是_。 AP端接十5V，N端经电阻接十7V BN端接十2V，P端经电阻接十7V CP端接一3V，N端经电阻接十7V DP端接十1V，N端经电阻接十6VB 15在半导体PN结两端加_就可使其导通 A正向电子流 B正向电压 C反向电压 D反向电子流B第23页，共24页。1、只要有坚强的意志力，就自然而然地会有能耐、机灵和知识。2、你们应该培养对自己，对自己的力量的信心，百这种信心是靠克服障碍，培养意志和锻炼意志而获得的。3、坚强的信念能赢得强者的心，并使他们变得更坚强。4、天行健，君子以自强不息。5、有百折不挠的信念的所支持

13、的人的意志，比那些似乎是无敌的物质力量有更强大的威力。6、永远没有人力可以击退一个坚决强毅的希望。7、意大利有一句谚语：对一个歌手的要求，首先是嗓子、嗓子和嗓子我现在按照这一公式拙劣地摹仿为：对一个要成为不负于高尔基所声称的那种“人”的要求，首先是意志、意志和意志。8、执着追求并从中得到最大快乐的人，才是成功者。9、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。10、发现者，尤其是一个初出茅庐的年轻发现者，需要勇气才能无视他人的冷漠和怀疑，才能坚持自己发现的意志，并把研究继续下去。11、我的本质不是我的意志的结果，相反，我的意志是我的本质的结果，因为我先有存在，后有意志，存在可以没有意志，但是没有存在就没有意

14、志。12、公共的利益，人类的福利，可以使可憎的工作变为可贵，只有开明人士才能知道克服困难所需要的热忱。13、立志用功如种树然，方其根芽，犹未有干；及其有干，尚未有枝；枝而后叶，叶而后花。14、意志的出现不是对愿望的否定，而是把愿望合并和提升到一个更高的意识水平上。15、无论是美女的歌声，还是鬓狗的狂吠，无论是鳄鱼的眼泪，还是恶狼的嚎叫，都不会使我动摇。16、即使遇到了不幸的灾难，已经开始了的事情决不放弃。17、最可怕的敌人，就是没有坚强的信念。18、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。19、意志若是屈从，不论程度如何，它都帮助了暴力。20、有了坚定的意志，就等于

15、给双脚添了一对翅膀。21、意志坚强，就会战胜恶运。22、只有刚强的人，才有神圣的意志，凡是战斗的人，才能取得胜利。23、卓越的人的一大优点是：在不利和艰难的遭遇里百折不挠。24、疼痛的强度，同自然赋于人类的意志和刚度成正比。25、能够岿然不动，坚持正见，度过难关的人是不多的。26、钢是在烈火和急剧冷却里锻炼出来的，所以才能坚硬和什么也不怕。我们的一代也是这样的在斗争中和可怕的考验中锻炼出来的，学习了不在生活面前屈服。27、只要持续地努力，不懈地奋斗，就没有征服不了的东西。28、立志不坚，终不济事。29、功崇惟志，业广惟勤。30、一个崇高的目标，只要不渝地追求，就会居为壮举；在它纯洁的目光里，一

16、切美德必将胜利。31、书不记，熟读可记；义不精，细思可精；惟有志不立，直是无着力处。32、您得相信，有志者事竟成。古人告诫说：“天国是努力进入的”。只有当勉为其难地一步步向它走去的时候，才必须勉为其难地一步步走下去，才必须勉为其难地去达到它。33、告诉你使我达到目标的奥秘吧，我唯一的力量就是我的坚持精神。34、成大事不在于力量的大小，而在于能坚持多久。35、一个人所能做的就是做出好榜样，要有勇气在风言风语的社会中坚定地高举伦理的信念。36、即使在把眼睛盯着大地的时候，那超群的目光仍然保持着凝视太阳的能力。37、你既然期望辉煌伟大的一生，那么就应该从今天起，以毫不动摇的决心和坚定不移的信念，凭自

17、己的智慧和毅力，去创造你和人类的快乐。38、一个有决心的人，将会找到他的道路。39、在希望与失望的决斗中，如果你用勇气与坚决的双手紧握着，胜利必属于希望。40、富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈。41、生活的道路一旦选定，就要勇敢地走到底，决不回头。42、生命里最重要的事情是要有个远大的目标，并借助才能与坚持来完成它。43、事业常成于坚忍，毁于急躁。我在沙漠中曾亲眼看见，匆忙的旅人落在从容的后边；疾驰的骏马落在后头，缓步的骆驼继续向前。44、有志者事竟成。45、穷且益坚，不坠青云之志。46、意志目标不在自然中存在，而在生命中蕴藏。47、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。48、思想的形成，首

18、先是意志的形成。49、谁有历经千辛万苦的意志，谁就能达到任何目的。50、不作什么决定的意志不是现实的意志；无性格的人从来不做出决定。我终生的等待，换不来你刹那的凝眸。最美的不是下雨天，是曾与你躲过雨的屋檐。征服畏惧、建立自信的最快最确实的方法，就是去做你害怕的事，直到你获得成功的经验。真正的爱，应该超越生命的长度、心灵的宽度、灵魂的深度。生活真象这杯浓酒，不经三番五次的提炼呵，就不会这样可口！人格的完善是本，财富的确立是末能力可以慢慢锻炼，经验可以慢慢积累，热情不可以没有。不管什么东西，总是觉得，别人的比自己的好！只有经历过地狱般的折磨，才有征服天堂的力量。只有流过血的手指才能弹出世间的绝唱。

19、对时间的价值没有没有深切认识的人，决不会坚韧勤勉。第一个青春是上帝给的；第二个的青春是靠自己努力的。不要因为寂寞而恋爱，孤独是为了幸福而等待。每天清晨，当我睁开眼睛，我告诉自己：我今天快乐或是不快乐，并非由我所遭遇的事情造成的，而应该取决于我自己。我可以自己选择事情的发展方向。昨日已逝，明朝未及，我只有过好每一个今天，唯一的今天。昨日的明天是今天。明天的昨日是今天。为什么要计较于过去呢（先别急着纠正我的错误，你确实可以在评判过去中学到许多）。但是我发现有的人过分地瞻前顾后了。为何不想想“现在”呢？为何不及时行乐呢？如果你的回答是“不”，那么是时候该重新考虑一下了。成功的最大障碍是惧怕失败。这些句子都教育我们：不要惧怕失败。如果你失败了他不会坐下来说：“靠，我真失败，我放弃。”并且不是一个婴儿会如此做，他们都会反反复复，一次一次地尝试。如果