1.1,1.2(半导体的基本知识, PN结及其单向导电性)
PN结及其单向导电性
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现
两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流
自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。
在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡， 半导体中载流子便维持一定的数目。 注意：
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
–+
N
动画
内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小， 反向电阻较大，PN结处于截止状态。
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
－－－ － －－ + + + + + +
动画
－－－ － －－ + + + + + +
－－－ － －－ + + + + + +
P
内电场 外电场
N
–+
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
PN 结变宽
1. 1 PN结及其单向导电性
1.半导体的导电特性： 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强
半导体的基础知识与PN结
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。)
6．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____C___。
A．增大 B．减小 C．为零 D．视光照强度而定
7．P型半导体中的多数载流子是__B_____。
A．电子 B．空穴 C．电荷 D．电流
8．N型半导体中的多数载流子是____A___。
A．自由电子 B．空穴 C．电荷 D．电流
B．P型半导体中只有空穴导电 C．N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
12．N型半导体中，主要靠__C_____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
13．P型半导体中，主要靠___B____导电，_______是少数载
+4
+4
+4
图 1.1.1 本征半导体结构示意图
3、本征半导体中的两种载流子
若 T ，将有少数价
T
电子克服共价键的束缚成
为自由电子，在原来的共 +4
+4
价键中留下一个空位—— 空穴。
自由电子和空穴使本
空穴
+4
+4
征半导体具有导电能力，
半导体基本理论简述
3. 扩散和漂移达到动态平衡
扩散电流 等于漂移电流，
总电流 I = 0。
• 扩散运动：物质从浓度高的地方向浓度低的地方运动， 这种由于浓度差而产生的运动，称为扩散运动。
• 漂移运动：在电场力的作用下，载流子的运动称为漂 移运动。
2.2 PN 结的单向导电性
1. 外加正向电压(正向偏置) — forward bias
退出
1.半导体基本概念
• 本征半导体（Intrinsic crystal） ：纯净、结构完整、 热力学温度T＝0 K时没有自由电子的半导体。
• 晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵， 称为晶格。 以共用电子的形式，形成共价键结构。
稳定的共价键
退出
1.半导体基本概念
• 本征激发：在常温下受热引起电子激发的现象。 • 载流子：本征激发产生自由电子，共价结构中留
退出
空穴和电子产生过程
退出
1.半导体基本概念
• 半导体的导电性: 掺杂性、热敏性、光敏性 • 根据掺入不同的杂质（Doping），可生成N型和P型
两类半导体
– N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素（如磷、锑） 后会出现多余电子，从而形成以自由电子为主的载流子， 空穴为少数载流子，这种半导体叫做N型半导体。
续扩散，形成电流，称为正向偏置电压，如图所示：
退出
PN结加反向电压——反向截止
• 如果外加电场与内电场方向相同，使内电场加强（耗尽层变 宽），进一步阻止载流子的扩散，阻止电流的形成，即反向 偏置电压的情况，如图所示：
退出
5-1 半导体基本理论简述
主要内容
1. 半导体基本概念 2. PN结与单向导电性
小结
退出
1.半导体基本概念
半导体基础知识
结电容： C j Cb Cd
清华大学 华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
导通电压
0.6~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
开启电压
0.5V 0.1V
反向饱和电流
1µA以下 几十µA
从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性 u i IS (eU T 1) 正向特性为
指数曲线
若正向电压 UT，则i ISe u
u UT
3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 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。 两种载流子
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子 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。
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
i IS (e
u UT
1)
(常温下 UT 26m ) V
材料
硅Si 锗Ge
《半导体的基本知识》教学设计
《电子技术基础》1-1半导体的基本知识教学设计1教学重点1．半导体的导电特性；2．两种杂质半导体的形成、特点。
教学难点 1. PN结的形成及其特点。
教学资源及手段多媒体课件；智慧树平台；YN智慧校园；钉钉；智慧黑板以及彩色粉笔。
教学方法讲授法；提问法；练习法；演示法；讨论法；自主学习法。
教学环节教学内容及过程课前教学内容教师活动学生活动设计意图1.通过智慧树平台，让学生利用微课视频提前预习教学内容；2.通过钉钉线上布置任务，让学生明确学习任务；3.通过钉钉线上提交课前预习情况及时调整课堂教学内容；4.准备电子课件、电子教案；课前，教师通过钉钉平台家校本功能发布预习任务；根据学生提交的课前学习任务完成情况，适时调整教学内容。
查看钉钉课前预习任务并按时提交，“智慧树”平台观看电子技术概述微课视频。
提升学生学习电子技术这门技术的兴趣，把握学生预习情况。
中复习旧知(2min) 准备上课：用YN智慧校园点名功能，进行签到；上次课内容的回顾本节课是电子技术基础的第一节课，可以直接新课导入，通过多媒体播放图片、实物展示等让学生在直观上感知电子技术的魅力，激发学生学习的好奇心。
把全班学生进行分组，对每个小组课前预习情况及完成率进行总结，并计入课堂考核。
教师提问，电子技术这门课的初步印象。
（提问法）分小组回答老师提出的问题，并互相评价每个小组回答的是否准确。
（讨论法）让学生对本门课程产生兴趣和认知2新课导入(5min)多媒体播放图片、微视频演示、实物观察让学生在直观上感知学习任务，激发学生学习的好奇心和求知欲。
YN智慧校园点名；视频演示、电路板实物演示。
(演示法)学生在YN智慧校园APP完成本节课考勤；观看视频、观察电路板的组成。
提高学生课堂注意力，激发学生学习兴趣。
新课讲解(32min)一、概述(5min)1.半导体（semiconductor）指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种。
半导体基础知识
符号
1
+ W78XX +
2
_
3
_
W79XX
1 2
3
1.6.3 W78XX、W79XX系列 集成稳压器的使用方法
一、 组成输出固定电压的稳压电路
1. W78XX系列
+
1
W78XX
Co
2
+
Uo = 12V
改善负载 的暂态响 应,消除 高频噪声
注意 3 Ui 输入 Ci 电压 极性 抵消输入 长接线的 电感效， 防止自激 Ci : 0.1~1F
IR + +
R UR
IL
IZ RL
2、引起电压不 稳定的原因
UI
电源电压的波动 负载电流的变化
DZ
稳压二极管
+ UL
将微小的电压变化转 换成较大的电流变化
三端稳压器封装及电路符号
封装
塑料封装
金属封装
79LXX
W7805 1 3 2
W7905 1 3 2
78LXX
1
2
3
UI GND UO GND UI UO
空穴
负离子
电子
正离子
一、载流子的浓度差引 N型材料 起多子的扩散扩散使 交界面处形成空间电 荷区（也称耗尽层）
内电场方向
二、空间电荷区特点
基本无无载流子，仅 有不能移动的离子
三、扩散和漂移达到动态平衡
扩散电流= 漂移电流 总电流=0 利于少子的漂移
形成内电场
阻止多子扩散进行
1.2.2 PN结的单向导电性
外界条件决定半导体内部 载流子数量
三、本征半导体： 纯净的半导体
PN结及其单向导电性
22
PN结正向偏置
+ P
变薄
－+ －+ －+ －+
多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：电子。取决于温度。
+4
+4
空穴
硼原子
+3
+4
11
归纳
◆
1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多 数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。
◆
2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂 浓度，少数载流子的数量取决于温度。
◆ 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。
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
1. 本征半导体
纯净的半导体。如：硅和锗
本征半导体的导电机理
1）.最外层四个价电子。
2）共价键结构
Ge
Si
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原子
共价键共用电子对
3
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
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，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，所以本征半导体的导电 能力很弱。
4
3）在绝对0度和没有 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（即载流 子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。
半导体器件的基本知识
1.4.2 光敏二极管
a) 光敏二极管伏安特性曲线
b) 光敏二极管图形符号
图1-17 光敏二极管伏安特性曲线及图形符号
1.4.3 发光二极管
发光二极管简写为LED，其工作原理与光电二极管相反。 由于它采用砷化镓、磷化镓等半导体材料制成，所以在通 过正向电流时，由于电子与空穴的直接复合而发出光来。
a) 发光二极管图形符号
b) 发光二极管工作电路
图1-18 发光二极管的图形符号及其工作电路
1.5 双极型晶体管
• 双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor， BJT），简称晶体管，它是通过一定的工艺 将两个PN结结合在一起的器件。由于PN结 之间相互影响，BJT表现出不同于单个PN 结的特性，具有电流放大作用，使PN结的 应用发生了质的飞跃。
1．输入特性曲线 UCE=0V的输入特性曲线类似二极管正向于特性曲线。UCE≥1V时，集电极 已反向偏置，而基区又很薄，可以把从发射极扩散到基区的电子中的绝大 部分拉入集电区。此后，UCE对IB就不再有明显的影响，其特性曲线会向 右稍微移动，但UCE再增加时，曲线右移很不明显，就是说UCE≥1V后的 输入特性曲线基本是重合的。所以，通常只画出UCE≥1V的一条输入特性 曲线。
PN结的两端外加不同极性的电压时，PN结呈现截然 不同的导电性能。
1．PN结外加正向电压
当外加电压V，正极接P区，负极接N区时，称PN结外加正 向电压或PN结正向偏置(简称正偏)。外加正向电压后，外 电场与内电场的方向相反，扩散与漂移运动的平衡被破坏。 外电场促使N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正 空间电荷，P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间 电荷，整个空间电荷区变窄，内电场被削弱，多数载流子 的扩散运动增强，形成较大的扩散电流（正向电流）。在 一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大，PN结呈现出一 个阻值很小的电阻，称为PN结正向导通。
模拟电子技术基础目录
模拟电子技术基础目录模拟电子技术基础目录模拟电子技术基础目录前言教学建议第1章半导体二极管及其应用1.1 半导体物理基础知识1.1.1 本征半导体1.1.2 杂质半导体1.2 pn结1.2.1 pn结的形成1.2.2 pn结的单向导电性1.2.3 pn结的反向击穿特性1.2.4 pn结的电容特性1.3 半导体二极管及其基本电路1.3.1 半导体二极管的伏安特性曲线1.3.2 半导体二极管的主要参数1.3.3 半导体二极管的电路模型1.3.4 二极管基本应用电路1.4 特殊二极管1.4.1 稳压二极管.1.4.2 变容二极管1.4.3 光电二极管1.4.4 发光二极管思考题习题第2章双极型晶体管及其放大电路2.1 双极型晶体管的工作原理2.1.1 双极型晶体管的结构2.1.2 双极型晶体管的工作原理2.2 晶体管的特性曲线2.2.1 共射极输出特性曲线2.2.2 共射极输入特性曲线2.2.3 温度对晶体管特性的影响2.2.4 晶体管的主要参数2.3 晶体管放大电路的放大原理2.3.1 放大电路的组成2.3.2 静态工作点的作用2.3.3 晶体管放大电路的放大原理2.3.4 基本放大电路的组成原则2.3.5 直流通路和交流通路2.4 放大电路的静态分析和设计2.4.1 晶体管的直流模型及静态工作点的估算2.4.2 静态工作点的图解分析法2.4.3 晶体管工作状态的判断方法2.4.4 放大状态下的直流偏置电路2.5 共射放大电路的动态分析和设计2.5.1 交流图解分析法2.5.2 放大电路的动态范围和非线性失真2.5.3 晶体管的交流小信号模型2.5.4 等效电路法分析共射放大电路2.5.5 共射放大电路的设计实例2.6 共集放大电路（射极输出器）2.7 共基放大电路2.8 多级放大电路2.8.1 级间耦合方式2.8.2 多级放大电路的性能指标计算2.8.3 常见的组合放大电路思考题习题第3章场效应晶体管及其放大电路3.1 场效应晶体管3.1.1 结型场效应管3.1.2 绝缘栅场效应管3.1.3 场效应管的参数3.2 场效应管工作状态分析及其偏置电路3.2.1 场效应管工作状态分析3.2.2 场效应管的偏置电路3.3 场效应管放大电路3.3.1 场效应管的低频小信号模型3.3.2 共源放大电路3.3.3 共漏放大电路思考题习题第4章放大电路的频率响应和噪声4.1 放大电路的频率响应和频率失真4.1.1 放大电路的幅频响应和幅频失真4.1.2 放大电路的相频响应和相频失真4.1.3 波特图4.2 晶体管的高频小信号模型和高频参数4.2.1 晶体管的高频小信号模型4.2.2 晶体管的高频参数4.3 晶体管放大电路的频率响应4.3.1 共射放大电路的频率响应4.3.2 共基、共集放大器的频率响应4.4 场效应管放大电路的频率响应4.4.1 场效应管的高频小信号等效电路4.4.2 共源放大电路的频率响应4.5 多级放大器的频率响应4.5.1 多级放大电路的上限频率4.5.2 多级放大电路的下限频率4.6 放大电路的噪声4.6.1 电子元件的噪声4.6.2 噪声的度量思考题习题第5章集成运算放大电路5.1 集成运算放大电路的特点5.2 电流源电路5.3 以电流源为有源负载的放大电路5.4 差动放大电路5.4.1 零点漂移现象5.4.2 差动放大电路的工作原理及性能分析5.4.3 具有电流源的差动放大电路5.4.4 差动放大电路的大信号分析5.4.5 差动放大电路的失调和温漂5.5 复合管及其放大电路5.6 集成运算放大电路的输出级电路5.7 集成运算放大电路举例5.7.1 双极型集成运算放大电路f0075.7.2 cmos集成运算放大电路mc145735.8 集成运算放大电路的外部特性及其理想化5.8.1 集成运放的模型5.8.2 集成运放的主要性能指标5.8.3 理想集成运算放大电路思考题习题第6章反馈6.1 反馈的基本概念及类型6.1.1 反馈的概念6.1.2 反馈放大电路的基本框图6.1.3 负反馈放大电路的基本方程6.1.4 负反馈放大电路的组态和四种基本类型6.2 负反馈对放大电路性能的影响6.2.1 稳定放大倍数6.2.2 展宽通频带6.2.3 减小非线性失真6.2.4 减少反馈环内的干扰和噪声6.2.5 改变输入电阻和输出电阻6.3 深度负反馈放大电路的近似计算6.3.1 深负反馈放大电路近似计算的一般方法6.3.2 深负反馈放大电路的近似计算6.4 负反馈放大电路的稳定性6.4.1 负反馈放大电路的自激振荡6.4.2 负反馈放大电路稳定性的判断6.4.3 负反馈放大电路自激振荡的消除方法思考题习题第7章集成运算放大器的应用7.1 基本运算电路7.1.1 比例运算电路7.1.2 求和运算电路7.1.3 积分和微分运算电路7.1.4 对数和反对数运算电路7.2 电压比较器7.2.1 电压比较器概述7.2.2 单门限比较器7.2.3 迟滞比较器7.2.4 窗口比较器7.3 弛张振荡器7.4 精密二极管电路7.4.1 精密整流电路7.4.2 峰值检波电路7.5 有源滤波器7.5.1 滤波电路的作用与分类7.5.2 一阶有源滤波器7.5.3 二阶有源滤波器7.5.4 开关电容滤波器思考题习题第8章功率放大电路8.1 功率放大电路的特点与分类8.2 甲类功率放大电路8.3 互补推挽乙类功率放大电路8.3.1 双电源互补推挽乙类功率放大电路8.3.2 单电源互补推挽乙类功率放大电路8.3.3 采用复合管的准互补推挽功率放大电路8.4 集成功率放大器8.5 功率器件8.5.1 双极型大功率晶体管8.5.2 功率mos器件8.5.3 绝缘栅双极型功率管及功率模块8.5.4 功率管的保护思考题习题第9章直流稳压电源9.1 直流电源的组成9.2 整流电路9.2.1 单相半波整流电路9.2.2 单相全波整流电路9.2.3 单相桥式整流电路9.2.4 倍压整流电路9.3 滤波电路9.3.1 电容滤波电路9.3.2 电感滤波电路9.3.3 复合型滤波电路9.4 稳压电路9.4.1 稳压电路的主要指标9.4.2 线性串联型直流稳压电路9.4.3 开关型直流稳压电路思考题习题第10章可编程模拟器件与电子电路仿真软件10.1 在系统可编程模拟电路原理与应用10.1.1 isppac10的结构和原理10.1.2 其他isppac器件的结构和原理10.1.3 isppac的典型应用10.2 multisim软件及其应用10.2.1 multisim 8的基本界面10.2.2 元件库10.2.3 仿真仪器10.2.4 仿真分析方法10.2.5 在模拟电路设计中的应用思考题习题第11章集成逻辑门电路11.1 双极型晶体管的开关特性11.2 mos管的开关特性11.3 ttl门电路11.3.1 ttl标准系列与非门11.3.2 其他类型的ttl标准系列门电路11.3.3 ttl其他系列门电路11.4 ecl门电路简介11.5 cmos门11.5.1 cmos反相器11.5.2 其他类型的cmos电路11.5.3 使用cmos集成电路的注意事项11.5.4 cmos其他系列门电路11.6 cmos电路与ttl电路的连接思考题习题参考文献延伸阅读：模拟电子技术基础50问1、空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？答：不是，但是在它的运动中可以将其等效为载流子。
大学电子电路基础 第一章
图1.1.3 N型半导体
与本征激发相比，N型半导 体中自由电子浓度大大增加， 而空穴因与自由电子相遇而 复合机会增加浓度反而更小 了。杂质半导体中载流子浓 度不再相等，多的称为多数 载流子，又称多子，少的称 为少数载流子，又称少子。
2、 P型半导体
硼只有三个价电子，在与 相邻的硅原子形成共价键时， 缺少一 个价电子，因而形 成一个空穴，而自由电子因 与空穴相遇而复合机会增加 浓度反而更小了。
1.单相半波整流
（1）、工作原理
图1.5.2 单相半波整流电路
图1.5.3 半波整流电路的波形图
（2）、主要参数
1.整流电路输出电压平均值
1
UO( AV ) 2 0
2U2 sin td(t)
2U 2
0.45U2
2.输出电流平均值
U O( AV )
1 2
0
2U 2 sin td (t)
2U 2
漂移运动：在电场力作用下， 载流子的运动
（1）外加正向电压时处于导 通状态。
由于电源作用，扩散运动将 源源不断的进行，从而形成 正向电流，PN结导通。
PN结导通时的结电压只 有零点几伏，因而在它所在 的回路中串联一个电阻，以 限制回路的电流，防止PN 结因正向电流过大而损坏。
（2）外加反向电压时处于截 止状态。
1、 N型半导体
在纯净的硅晶体中掺入五价元素的杂质（磷、锑或 砷），使之取代晶格中硅的位置，形成N型半导体。
磷有五个价电子，而只需拿出四个与相邻的硅原子进 行共价键结合，多余一个电子未被束缚在共价键中，仅 受磷原子核内的正电荷吸引（比共价键弱），在常温下 很容易挣脱束缚成为自由电子，磷原子因少一个电子成 为带正电荷的磷离子（但其束缚在晶格中，不能移动， 不能像载流子那样起导电作用），因其施放电子，故称 施主杂质。
(完整word版)半导体基础知识
1.1 半导体基础知识概念归纳本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。
绝缘体原子结构:最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。
绝缘体导电性:极差。
如惰性气体和橡胶.半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧.半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间.半导体的特点：★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。
★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化.晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。
共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。
自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子.空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动,形成电子电流。
空穴电流:价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。
本征半导体的电流：电子电流+空穴电流.自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。
载流子：运载电荷的粒子称为载流子。
导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。
本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发.复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。
动态平衡：在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。
半导体的基本知识PN结及其单向导电性
+4
+4
+4
价电子填
补空穴而
使空穴移
动，形成
+4
+4
+4
空穴电流
+4 空穴的+移4 动 +4
自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动 也可形成空穴电流，它们的方向相反。只不过空穴的运
动是17靠相邻共价键中的价电子依次上第充1页章填空穴第下1来次页课实现的第返1。7回页
现代电子技术基础
半导体导电机理动画演示
33
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现代电子技术基础
(3)杂质对半导体导电性的影响
掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大的 影响，一些典型的数据如下:
1 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3
2 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
3 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3
杂质元素形成的。 b. P型半导体产生大量的空穴和负离子。
c. 空穴是多数载流子,电子是少数载流子。
d. 因空穴带正电，称这种半导体为P(positive)型或 空穴型半导体。
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现代电子技术基础
当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可 将N型转为P型； 当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可 将P型转为N型。
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
pn结的单向导电性原理
pn结的单向导电性原理
pn结是半导体器件中最基本的结构之一，它具有很重要的单向导电性原理。
pn 结由p型半导体和n型半导体组成，两者之间形成一个结，其中p型半导体中的载流子主要是空穴，n型半导体中的载流子主要是电子。
当p型半导体和n型半导体通过扩散结合形成pn结时，由于杂质浓度的不均匀分布，形成了内建电场，从而产生了单向导电性。
在正向偏置情况下，即p端连接正电压，n端连接负电压，此时内建电场会被外加电场所抵消，电子和空穴会向结区域扩散，导致电流的流动。
而在反向偏置情况下，即p端连接负电压，n端连接正电压，内建电场会被外加电场所增强，阻止了电子和空穴的扩散，因此几乎没有电流流动。
这种单向导电性原理使得pn结能够作为二极管等器件的基础。
当二极管处于正向偏置状态时，电流可以流通，起到导通的作用；而在反向偏置状态下，电流几乎无法流通，起到截止的作用。
这种性质使得二极管可以实现信号的整流、开关等功能，被广泛应用在电子电路中。
除了二极管，pn结还可以应用在其他器件中，比如场效应管、光电二极管、太阳能电池等。
在场效应管中，pn结的单向导电性使得可以通过控制栅极电压来控制漏极电流，实现放大和开关功能；在光电二极管中，当光线照射到pn结上时，产生光生电子和空穴，从而产生电流，实现光信号的转换；在太阳能电池中，光照射到pn结上会产生电荷对，从而产生电流，实现光能的转换。
总的来说，pn结的单向导电性原理是半导体器件中非常重要的基础原理，它的特性使得许多器件可以实现各种功能，从而在电子、光电等领域有着广泛的应用。
通过对pn结的深入理解，可以更好地设计和应用各种半导体器件，推动科技的发展和应用。
模拟电子技术电子教案第一章半导体二极管及其电路分析教案
1.半导体二极管及其电路分析【重点】半导体特性、杂质半导体、PN结及其单向导电特性。
【难点】PN结形成及其单向导电特性。
1.1 半导体的基本知识1.1.1 半导体的基本知识（1）导电能力对温度的反应非常灵敏。
（2）导电能力受光照非常敏感。
（3）在纯净的半导体中掺入微量的杂质（指其他元素），它的导电能力会大大增强。
1.1.2 本征半导体纯净的半导体称为本征半导体，常用的本征半导体是硅和锗二晶体。
半导体有两种载流子，自由电子和空穴，如果从本征半导体引出两个电极并接上电源，此时带负电的自由电子指向电源正极作定向运动，形成电子电流，带正电的空穴将向电源负极作定向运动，形成空穴电流，而在外电路中的电流为电子电流和空穴电流之和。
1.1.3 杂质半导体1.N型半导体在硅晶体中掺入微量5价元素，如磷（或者砷、锑等），如图所示。
这种半导体导电主要靠电子，所以称为电子型半导体，简称N型半导本。
在N型半导体中，自由电子是多数载流子，而空穴2.P型半导体如果在硅晶体中，掺入少量的3价元素硼（铟、钾等），如图1-5所示。
这种半导体的导电主要靠空穴，因此称为空穴型半导体，有称P型半导体。
P型半导体的空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
结论：N型半导体、P型半导体中的多子都是掺入杂质而造成的，尽管杂质含量很微，但它们对半导体的导电能力却有很大影响。
而它们的少数载流子是热运动产生的，尽管数量很少，但对温度非常敏感，对半导体的性能有很大影响。
1.1.4 PN结及其单向导电特性1.PN结的形成结论：在无外电场或其它因素激发时，PN结处于平衡状态，没有电流通过，空间电荷区是恒定的。
另外，在这个区域内，多子已扩散到对方并复合掉了，好像耗尽了一样，因此，空间电荷区又叫做耗尽层。
2.PN结单向导电性（1）正向特性当PN结外加正向电压（简称正偏），电源正极接P，负极接N，PN结处于导通状态，导电时电阻很小。
（2）反向特性当外加反向电压（简称反偏），电源正极接N，负极接P，PN结处于截止状态结论：PN结正偏时电路中有较大电流流过，呈现低电阻，PN结导通；PN结反偏时电路中电流很小，呈现高电阻，PN结截止，可见PN结具有单向导电性。
1.1 半导体基础知识
2. 本征半导体中的两种载流子 本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 运载电荷的粒子称为载流子。 无外加电场,电子和空穴运动是 无外加电场 电子和空穴运动是 随机、无规则的,不形成电流 不形成电流。 随机、无规则的 不形成电流。 有外加电场， 有外加电场，自由电子做定向 运动形成电子电流； 运动形成电子电流；价电子按 一定方向填补空穴,等效成空穴 一定方向填补空穴 等效成空穴 运动形成空穴电流。 运动形成空穴电流。 载流子 本征半导体中有两种载 本征半导体中有两种载 流子：自由电子和空穴。 流子：自由电子和空穴。
P区空穴 区空穴 浓度远高 于N区 区
N区自由动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 扩散运动使靠近接触面 区的空穴浓度降低、靠近接触面N 区的空穴浓度降低 区的自由电子浓度降低， 区出现负离子区， 区的自由电子浓度降低，P 区出现负离子区，N 区出现正离子 形成空间电荷区， 不利于扩散运动的继续进行。 区,形成空间电荷区，产生内电场 不利于扩散运动的继续进行。 形成空间电荷区 产生内电场,不利于扩散运动的继续进行
PN 结的形成
模拟电子技术基础
第四版 童诗白 华成英 主编
高等教育出版社
第一章 常用半导体器件
1.1 1.2 1.3 1.4 半导体基础知识 半导体二极管 晶体三极管 场效应管
1.1 半导体基础知识
1.1.1本征半导体 1.1.1本征半导体
一、半导体 自然界物质按其导电能力分为导体、半导体、绝缘体。 自然界物质按其导电能力分为导体、半导体、绝缘体。 1.导体 自然界中很容易导电的物质称为导体， 1.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。 都是导体。 2.绝缘体 有的物质几乎不导电，称为绝缘体， 2.绝缘体 有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如惰性气 橡皮、陶瓷、塑料和石英。 体、橡皮、陶瓷、塑料和石英。 3.半导体 有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间， 3.半导体 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、 砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 常用的半导体材料是硅（Si)和锗(Ge)。 和锗(Ge) 常用的半导体材料是硅（Si)和锗(Ge)。
许继电梯公司的培训资料1
＋
+
UCB
c区
－
b区
UCE
＋
UBE
e区
－
－
共发射极接法
1．BJT内部的载流子传输过程
（1）因为发射结正偏，所以发
射区向基区注入电子 ，形成了扩 散电流IEN 。同时从基区向发射区 也有空穴的扩散运动，形成的电 流为IEP。但其数量小，可忽略。 所以发射极电流I E ≈ I EN 。
（2）发射区的电子注 入基区后，变成了少数载 流子。少部分遇到的空穴 复合掉，形成IBN。所以基 极电流I B ≈ I BN 。大部分 到达了集电区的边缘。
实验曲线
锗
击穿电压UBR
(1) 正向特性 i
u
V
mA
(2) 反向特性
i u
V
uA
反向饱和电流
导通压降 硅：0.7 V
死区 电压
E
锗：0.3V
硅：0.5 V 锗： 0.1 V
E
二. 二极管的模型及近似分析计算
例：
R 1kΩ E 10V
D—非线性器件 RLC—线性器件
i
I
u
二极管的模型
二极管的V—A特性
半导体三极管，也叫晶体三极管。由 于工作时，多数载流子和少数载流子都 参与运行，因此，还被称为双极型晶体 管（Bipolar Junction Transistor,简称 BJT）。
BJT是由两个PN结组成的。
一.BJT的结构
NPN型
PNP型
发射结 集电结
发射结 集电结
e-
发射极
NP N
发射区 基区 集电区
（3）uCE ≥1V再增加时，曲线右移很不明显。
(2)输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const
劳动版第四版电子技术基础优秀课件
报警、计数等设备。
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3、变容二极管
作用： PN结电容随反向电压的变化而变化 工作电压： 反向电压
符号：
应用： 变容二极管常用在高频电路中。例如：用在高频 收音机的自动频率控制电路中，通过改变其反向 偏置电压来自动调节本机振荡频率。用在电视机 电调谐高频头的调谐电路中，通过改变反向偏置 电压来选择电视频道。
结论：
PN结加正向电压导通，加反向电压截止， 这就是PN结的“单向导电性”
பைடு நூலகம்
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§1-2 半导体二极管
一、二极管的结构、符号和分类 二、二极管的伏安特性 三、二极管的主要参数 四、二极管的识别与检测 五、其他二极管
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一、二极管的结构、符号和分类
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二、PN结及其单向导电性
1、PN结 把P型半导体和N型半导体用特殊的工艺使其结
合在一起，就会在交界处形成一个特殊薄层，该薄 层称为“PN结”。
PN结
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2、PN结的单向导电性
动画
（1）PN结加正向电压，PN结导通。 （2）PN结加反向电压，PN结截止。
解：图a)：设B点为参考点，假设断开二极管V，因 UE=6V，UF=0V，二极管正极的电
位大于负极的电位，所以，二极管正偏导通，UAB=6V。
图b)：设B点为参考点，假设断开二极管V，因UE=6V，UF=0V，二极管负极的电
位大于正极的电位，二极管反偏截止，通过二极管的电流为零，所以UAB=UR=0V。
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之间，我们称之为半导体，常用的半导体材料有硅 (Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等，其中硅/锗应用最广。
第1章
第1次课
第 3页
电子技术
半导体特点： 1) 在外界能源的作用下，导电性能显 著变化。光敏元件、热敏元件属于此类。 2) 在纯净半导体内掺入杂质，导电性 能显著增加。二极管、三极管属于此类。
+ + + +
+ +
+ + + + + +
+ + + + + +
P
N
在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。在P区和N区 交界面上，留下了一层不能移动的正、负离子。
第1章
第1次课
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电子技术
空间电荷层 -
即PN结 + + + + + + + + + + + +
-
-
-
-
-
+ + + +
+ +
+ + + +
这就是半导体和金属导电原理的 本质区别
(2) 本征半导体的特点
a. 电阻率大 b. 导电性能随温度变化大
第1章
第1次课
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电子技术
1.1.3 杂质半导体
在本征半导体硅或锗中掺入微量的其它适当元
素后所形成的半导体 N型导体 根据掺杂的不同，杂质半导体分为
P型导体
第1章
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电子技术
+4
+4 +4 +4
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空穴
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电子技术
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+4 电子空穴 成对产生
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电子技术
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电子技术
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+4 电子空穴 复合，成 对消失 +4
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第1章
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+4
共价键中的电子被束缚着，本征 +4 半导体中没有自由电子，不导电。
第1章
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+4 价电子 +4
第 6页
+4
第1次课
电子技术
半导体导电性能容易变化的原因——
本 征 激 发 产 生 电 子 和 空 穴
共价键中的价电子不是很稳定（容易被激发）
这一现 象称为 本征激 发，也 称热激 发。
+4
+4
+4
自由电子
称PN结正向偏置，简称正偏。
PN结反向偏置—— 当外加直流电压使PN结N型半
导体的一端的电位高于P型半导体一端的电位时，
称PN结反向偏置，简称反偏。
第1章
第1次课
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电子技术
1．PN结正向偏置 S + + + + + + E PN结正向偏置
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+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + +
+ +
+ + + +
+ +
+ + + + + +
+ + + + + +
N
b. PN结的厚度一定（约几个微米） c. 接触电位一定（约零点几伏）
第1章
第1次课
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电子技术
1.2.2 PN结的单向导电性
PN结正向偏置—— 当外加直流电压使PN结P型半
导体的一端的电位高于N型半导体一端的电位时，
第1章
第1次课
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电子技术
(2) P型半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼等。 +4 +4 +4
+4
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+4
第1章
+4 B
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电子技术
+4
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+4
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出 现 了 一 个 空 位
+4
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B
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电子技术
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空穴
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+4 负离子
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电子技术
第 1 章 半导体二极管和三极管 1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结及其单向的导电性 1.3 二极管 1.4 三极管
第1章
第1次课
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电子技术
1.1
1.1.1 导体、绝缘体和半导体 1.1.2 本征半导体及其导电性 1.1.3 杂质半导体
半导体的基础知 识
1.1.4 PN结及其单向导电性
内电场被削弱
第1章
第1次课
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电子技术
PN结正偏动画演示
（动画1-4）
第1章
第1次课
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电子技术
2．PN结反向偏置 -
PN结变宽 + + + + + + E PN结呈现高电 阻、截止状态
第1章
+ + + + + +
+ + + + + + R
+ + + + + +
+ + + + + + IS
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电子技术
U
在 外 电 场 作 用 下
+4
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电子技术
U +4
+4
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+4
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电 子 运 动 形 成 电 子 电 流
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电子技术
+4
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电子技术
U +4
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
P
E内
N
R
电子技术
-
-
-
IF
-
-
PN结变窄 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + E
R
+ + + + + +
+ + + + + +
P
S
E内
N
多子进行扩散 PN结呈现低阻、导通状态
此电流称为反向饱和电流，记为IS，该电流比较小。
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电子技术
3 . PN结的电压与电流关系
I
P
_ _ _ _ _ _
+ + + + + +
N
I/mA
UBR
U
O IS
U/V
I I S (e
U UT
1)
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电子技术
4. PN结的反向击穿
当PN结的反向电压增 加到一定数值时，反向电 流突然快速增加，此现象 称为PN结的反向击穿。
+ + + + + +
P
S 不利多子扩散 有利少子漂移
E内
N
内电场增强
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电子技术
-
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-
+ + + + + +