电路与电子技术简明教程 第5章 电子技术基础

本征半导体及杂质半导体
杂质半导体 磷原子有5个价电子，其中4个与硅原子形成8个电子的共价键结构，还多余电子不受共价 键束缚，常温下就可以成为自由电子。这种以电子导电为主的半导体称为N型半导体。
+4
+4
+4
+4
自由电子
+4
+5
+5
+4
+4
+4
+4
+4
多余电子， 成为自由电子
掺入五价元素形成N型半导体
抓基本概念 抓规律、抓联系、抓典型 抓理论联系实际，抓课后练习
参考教材
配套教材 《电路与模拟电子技术基础》，王贺珍等，西安电子科技大学出版社 《数字电子技术基础与实践》，安会等，西安电子科技大学出版社
参考教材 《模拟电子技术基础》，童诗白，高等教育出版社 《数字电子技术基础》，阎石，高等教育出版社
模拟信号：时间和幅度上都是连续变化的电 信号。
模拟电路：传输处理模拟信号的电子电路。 模拟电子技术：研究电子元器件和模拟电路。
电子技术的分类
电子技术可以分为模拟电子技术和数字电子技术。 电信号：随着时间而变化的电压或电流，用来承载电路中的信息。
数字信号：时间和幅度上的变化都是不连续 （离散）的电信号。
本征半导体及杂质半导体 PN结 晶体二极管的伏安特性 晶体二极管的应用 晶体三极管符号、结构、分类 晶体三极管的伏安特性
PN结
PN结的概念：利用特殊的制造工艺，在一块本征半导体材料中，一边掺杂成N型 半导体，一边掺杂成P型半导体，这样在两种半导体的交界面就会形成一个不可 移动的空间电荷区，这就是PN结。
本征半导体及杂质半导体
本征半导体 注意：本征半导体导电粒子，一种是带负电荷的自由电子，另一种是带正电荷的空穴。
本征激发
电子-空穴对复合
本征半导体及杂质半导体
本征半导体
本征激发
常温下少数的价电子可以从原子的热运动中获得能量，挣脱共价 键的束缚，成为带负电荷的自由电子，这种现象称为本征激发。
两种 载流子
数字电路：传输处理数字信号的电子电路。 数字电子技术：研究数字电路。
课程结构
电子元器件：二极管、三极管
放大状态
开关状态
模拟电路
数字电路
• 基本放大电路 • 逻辑门电路 • 负反馈放大电路 • 组合逻辑电路 • 集成运算放大器 • 触发器
• 时序逻辑电路
课程特点及学法建议
基本概念多 方法模型多 电路变化多 实践应用广
本征半导体及杂质半导体
杂质半导体
掺入杂质以后的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，分为N型半导体和P型半导体两种。
N型半导体
在硅（或锗）本征半导体中掺入微量5价元素， 如磷，则可以形成N型半导体。由于掺入杂质 的原子数与整个半导体原子数相比，其数量非 常少，半导体晶体结构基本不变，只是在晶格 中硅（或锗）原子的位置被磷原子所代替。
本征半导体及杂质半导体
杂质半导体
掺入杂质以后的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，分为N型半导体和P型半 导体两种。
P型半导体
在硅（或锗）本征半导体中掺入微量3价元素， 如硼，则形成P型半导体。同样只是在晶格中 硅（或锗）原子位置被硼原子所代替。
由于硼原子只有3个价电子，要与硅（或锗） 原子形成4个共价键结构，还少一个价电子，就 形成一个空穴。
空穴
价电子成为自由电子后，在原来的位置上留下一个空位，称为 空穴。
电子—空穴对
本征激发时电子和空穴成对产生，称为电子—空穴对。
本征半导体及杂质半导体
半导体的导电特性
导电能力
A
常温下，本征半导体中 的载流子很少，所以导 电能力很差
导电能力
B
导电能力受环境温度、 光照等影响明显
导电能力
C
杂质半导体的应用非常 广泛，实用半导体器件 都是由杂质半导体构成 的
半导体
在自然界中，根据物质导电能力的差别，可将Fra Baidu bibliotek们划分为导体、
绝缘体和半导体。 如：橡胶、陶瓷、塑料和石英等
如：金属
半导体 导电能力介于导体和 绝缘体之间。
本征半导体及杂质半导体
典型的半导体材料
硅
锗
硒
1
2
3
半导体是制作晶体二极管、晶体三极管、场效应管和集成电路的材料，这并不是因 为半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间，是因为半导体有特殊的导电性能。
本征半导体及杂质半导体
半导体具有如下导电特性
热敏特性
半导体的电阻率随着温 度的升高而降低，即温 度升高，半导体的导电 能力增强。
光敏特性
半导体受到光照时，电阻 率降低，其导电能力随着 光照强度的增强而增强。
杂敏特性
半导体的导电能力受掺入 杂质的影响显著，即在半 导体材料中掺入微量杂质 （特定的元素），电阻率 下降，导电能力增强。
本征半导体及杂质半导体
杂质半导体 空穴是失去电子形成的，电子带负点，所以空穴是带正电的。这种以空穴导电为主的半导体就叫 做P型半导体。
空穴
空穴
+4
+4
+4
+4
+4
+3
+4
+3
+4
+4
+4
+4
2
掺入三价元素形成P型半导体
2
《电子技术基础》
[ 5-1.1PN结]
目录
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
第5章 电子技术基础
《电子技术基础》
[5-0 课程导学 ]
电子技术的概念 电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。
5G|、人工智能、物联网... ... 大到国家建设，小到衣食住行，都离不开电子技术。
电子技术的分类
电子技术可以分为模拟电子技术和数字电子技术。 电信号：随着时间而变化的电压或电流，用来承载电路中的信息。
本征半导体及杂质半导体
本征半导体 什么是本征半导体？
具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导 体，最常见的半导体材料为硅和锗。
+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4
+4 +4 +4 +4
本征半导体为共价键结构
硅元素和锗元素的单个原子都是4价元素，每个 原子的价电子都和周围4个原子的价电子形成4 个共价键，是相对稳定的结构。本征半导体的 共价键结构，在常温下只有少数的价电子，所 以常温下导电能力较差。
2 5
PN结
PN结的形成
扩散运动
开启我们的电子技术之旅吧！
《电子技术基础》
[5-1本征半导体及杂质半导体]
目录
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
本征半导体及杂质半导体 PN结 晶体二极管的伏安特性 晶体二极管的应用 晶体三极管符号、结构、分类 晶体三极管的特性曲线
版权所有：石家庄邮电职业技术学院
本征半导体及杂质半导体