高二物理竞赛课件半导体二极管及其应用

半导体二极管及其应用

电子线路由有源电子器件和电阻、电容、电感等元件组成,半导体器件是构成电子线路的核心部件。本章首先阐述半导体的导电特性和PN结的形成机理,再讨论半导体二极管的结构、伏安特性主要参数和等效电路模型，并列举了半导体二极管典型应用电路。

本章简介半导体的基础知识半导体二极管PN结的形成及其单向导电性半导体二极管的典型应用半导体二极管及其应用本征半导体杂质半导体及载流子的运动

1、N型半导体

2、P型半导体

3、半导体中载流子的运动本节内容

半导体的基础知识1.本征半导体无杂质稳定的结构本征半导体是纯净的具有晶体结构的半导体。(在T=0K时，相当于绝缘体)。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－－导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅（Si）、锗（Ge）等，均为四价元素（其原子最外层电子一般为4个，受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间）。

半导体的基础知识导电特性：(1)掺杂效应：在本征半导体(纯净的且晶体结构完整的半导体，在T=0K时，相当于绝缘体。)中掺入少量其他元素(杂质)，可以改变和控制半导体的导电能力和导电类型，藉此特性可制造各种半导体器件；(2)热敏效应：温度变化可以改变半导体的导电能力，藉此热敏效应可制造热敏元件；(3)光敏效应：光照可以改变半导体的导电能力，并产生电动势，藉此光电效应可制造光电晶体管、光电耦合器和光电池等光电器件。

半导体的基础知识(1)本征半导体的结构(1)T=0K(-273℃)共价键结构稳定，无自由电子----不导电(3)复合：自由电子填补空穴，自由电子--空穴成对消失。一定温度下，本征激发与复合运动达到动态平衡，自由电子与空穴的浓度一定且相等，可按式(1-1)计算。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，本征半导体的导电能力增强。(2)本征激发（热激发）——T↑、光照，电子-空穴成对出现：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，共价键中留有一个空位置，称为空穴。+4+4价电子自由电子空穴+4+4+4共价键注意区别：价电子与自由电子

半导体的基础知识

本征半导体中载流子数目少，导电性差。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。两种载流子

本征半导体中存在两种载流子----带负电的自由电子和带正电的空穴。外加电场作用下，两种载流子均参与导电，且运动方向相反。理解与区别：二者导电的本质。

半导体的基础知识自由电子：本征激发＋施主杂质提供

----多(数载流)子空穴：本征激发产生----少(数载流)子掺入五价元素杂质的半导体主要靠自由电子导电，掺入杂质越多，自由电子浓度越高，导电性越强，因此称为电子型或N型半导体。1.1.2杂质半导体----载流子数↑↑杂质一般有两种:五价(磷)→N(电子)型；三价(铟)→P(空穴)型1.N型半导体----掺入五价施主杂质

半导体的基础知识1.1.2杂质半导体----载流子数↑↑2.P型半导体----掺入三价受主杂质杂质半导体以多子导电为主。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电能力越强，实现导电性可控。空穴：本征激发＋受主杂质提供

----多子自由电子：本征激发产生----少子掺入三价元素杂质的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，因此称为空穴型或P型半导体。

半导体的基础知识

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。

N型半导体主要靠电子导电，其多数载流子是电子，掺入杂质越多，电子浓度越高，导电性越强。那么空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？

P型半导体主要靠空穴导电，其多数载流子是空穴，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强。那么空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？

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？

半导体的基础知识3、

半导体中载流子的运动注意:自由电子导电----是在外电场或浓度梯度作用下，本身的定向运动空穴导电----是在外电场或浓度梯度作用下，价电子依次