2.4半导体基础知识

二零一八年九月半导体基础知识教学内容第9章半导体器件9.1半导体的导电特性9.2二极管9.3稳压二极管9.4双极型晶体三极管9.5光电器件教学大纲要求：（1）理解半导体二极管、双极型三极管的工作原理；（2）掌握由二极管组成的削波、钳位及整流电路的分析方法。重点：半导体二极管、双极型三极管的工作原理。难点：双极型三极管的工作原理。半导体材料本征半导体杂质半导体P型半导体N型半导体物质导电能力的改变热激发、掺杂、光照本征半导体导电机理本征激发（热激发）=自由电子、空穴杂质半导体特性多数载流子（多子）、少数载流子（少子）PN结的形成及特点PN结：P区与N区的结合处单向导电半导体特性PN结一种物质的导电性能取决于它的载流子密度（浓度）。

完全纯净的、晶格完整的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价键结构共价键

Si

Si

Si

Si价电子

共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子（或价电子），常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，导电能力很弱。现代电子学中，用的最多的半导体材料是硅（14号）和锗（32号），它们的最外层电子（价电子）都是四个。本征半导体的导电机理在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时，价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子，它的导电能力为0。当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。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。

在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。2、自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。

3、在一定温度下，电子空穴对的产生和复合达到动态平衡，于是半导体中的载流子数目便维持一定。特点：1、半导体有两种载流子：自由电子和空穴N型、P型半导体的特点：1、N型半导体：本征半导体中掺入五价元素。2、N型半导体中多子自由电子，

少子空穴。1、P型半导体：本征半导体中掺入三价元素。2、P型半导体中多子空穴，

少子自由电子。1.在杂质半导体中多子的数量主要与

（a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。abc4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是

，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）ba小结：PN结的形成初始时刻稳定时刻PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体

内电场促进反向的少子漂移运动。空间电荷区也称PN结

扩散和漂移（相反的运动）最终会达到动态平衡，此时的空间电荷区，其厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－多子扩散，自由电子和空穴互相中和，只剩下带电离子，形成空间电荷区，产生内电场。1、空间电荷区中几乎没有载流子---耗尽层2、内电场阻碍多子的扩散运动，促进少子的漂移运动。3、P区中的电子和N区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小即漂移电流很小，nA级。请注意4、扩散与漂移达到动态平衡时,空间电荷区的宽度基本稳定,PN结处于相对稳定状态。二、PN结的单向导电性1.PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄P接正、N接负外电场IF

PN结外加正向电压时，PN结变窄，正向扩散电流较大，PN结体现的电阻很小(导通/闭合状态)。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–PN结变宽2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场IRP接负、N接正温度越高，少子越多，反向饱和电流越大。–+PN结外加反向电压时，PN结变宽，反向飘移电流很小，PN结体现的电阻很大(截止/断开状态)。内电场PN+++－－－－－－+++++