常用半导体器件及应用

一 半导体的基础知识
2 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，
常称为“九个9”。 本征半导体的共价键结构
+4
+4 +4
在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键
紧紧束缚在共价键中，不
+4
+4 +4
会成为自由电子，因此本
征半导体的导电能力很弱
陶瓷、玻璃等。 半导体： 导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、
锗(Ge)、金属氧化物等。硅和锗是4价元素，原子的 最外层轨道上有4个价电子。
一 半导体的基础知识 1 半导体的特性
热敏性：当环境温度升高时，导电能力明显増强。 光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变化。(可制成
各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏 三极管、光电池等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，使其导电能力 明显改变。
激发形成的空穴为少数载流子）。
自由电子
多数载流子（简称多子）
空穴
少数载流子（简称少子）
一 半导体的基础知识
3 Ｎ型半导体和Ｐ型半导体
（2） P型半导体
在纯净半导体硅或锗（4价）中掺入硼、铝等3价元素，由于这类元素 的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价 电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运 动，称为空穴半导体或P型半导体（其中空穴为多数载流子，热激发形 成的自由电子是少数载流子）。
一 半导体的基础知识
4 PＮ结及其单向导电性
（1）PN结的形成
半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。 载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。 在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流 子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩 散运动。 将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导 体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层→ PN结。
4 PＮ结及其单向导电性
（2）PN结的单向导电性
①外加正向电压（也叫正向偏置）——电源正极接P区，负极接N区
外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N 区电子不断扩散到P区，P区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这 时称PN结处于低阻导通状态。
空间电荷区
变窄
＋
P
＋N
＋
I 外电场
一 半导体的基础知识
3 Ｎ型半导体和Ｐ型半导体
（1） N型半导体
在纯净半导体硅或锗（4价）中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素
的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在一
个多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导
电，称为电子半导体或N型半导体（其中自由电子为多数载流子，热
这一现象称为本征激发，也称热激发。
一 半导体的基础知识 2 本征半导体
自由电子，带负电荷，电子流
载流子
空穴 ，带正电荷，空穴流
本征半导体的导电性取决于外加能量： 温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
一 半导体的基础知识 2 杂质半导体
在中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体。
N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为N型半导体。 P型半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等，称为P型半导体。
P
内电场
N
外电场
–+
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。
二 晶体二极管
1 晶体二极管的结构
晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制 成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等，不过从国内的习惯上讲，晶 体管有时多指晶体三极管。
电工电子技术
——电子技术与实训
第一章 常用半导体器件
一 半导体的基础知识 二 晶体二极管 三 晶体三极管 四 场效应管
一 半导体的基础知识
在物理学中，根据材料的导电能力，可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体。 导 体： 很容易导电的物体，如金、银、铜、铁等。 绝缘体： 不容易导电或者完全不导电的物体，如塑料、橡胶、
一 个 PN 结 加 上 相 应 的 电 极 引 线 并 用管壳封装起来，就构成了半导体 二极管，简称二极管。符号一般用 VD表示。
结构
百度文库
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
+
-
符号
阳极
阴极
图片
二 晶体二极管
一 半导体的基础知识
4 PＮ结及其单向导电性
（1）PN结的形成 扩散与漂移达到动态平衡 形成一定宽度的PN结
多子扩散
阻止
形成空间电荷 区产生内电场
促使
少子漂移
P区
N区
＋ ＋＋
＋ ＋＋
＋ ＋＋
载流子的扩散运动
P 区 空间电荷区 N 区
＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
一 半导体的基础知识
内电场
E
R
一 半导体的基础知识
4 PＮ结及其单向导电性
（2）PN结的单向导电性
②外加反向电压（也叫反向偏置）——电源正极接N区，负极接P区
外加电场加强内电场，漂移运动超过扩散运动，N区空穴飘移到P区，P区电 子漂移到N区，形成很小的反向漂移电流，称为反向饱和电流，这时称PN结 处于高阻截止状态。
－－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + +
空穴
多数载流子（简称多子）
自由电子
少数载流子（简称少子）
一 半导体的基础知识
3 Ｎ型半导体和Ｐ型半导体
多子—空穴 P型半导体
－ － －－
+
－ － －－
+
－ － －－
+
多子—电子 N型半导体 + ++ +++ + ++
少子—电子
少子—空穴
无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的，通常对外不显电性。
掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。 只有将两种杂质半导体做成PN结后才能成为半导体器件。
+4
+4 +4
束缚电子
，接近绝缘体。
一 半导体的基础知识 2 本征半导体
+4
+4 +4
+4 空穴 +4
+4
自由电子
+4
+4 +4
当温度升高或受到光的 照射时，束缚电子能量增 高，有的电子可以挣脱原 子核的束缚，而参与导电 ，成为自由电子。
自由电子产生的同 时，在其原来的共价键 中就出现了一个空位， 称为空穴。