第一章 半导体二极管
第一章 半导体二极管及其应用
半导体二极管及其应用
（1）正向特性
正向连接时，二极管的正极接电路的高电位端，负极接 低电位端。当二极管两端的正向电压很小的时候，正向电流 微弱，二极管呈现很大的电阻，这个区域成为二极管正向特 性的“死区”，只有当正向电压达到一定数值（这个数值称 为导通电压，硅管0.6～0.7V，锗管0.2～0.3V）以后，二极 管才真正导通。此时，我们可以近似地认为它是恒定的，且 不随电流的变化而变化。实际上正向电流将随着正向电压的 增加而急速增大，如不采取限流措施，过大的电流会使PN结 发热，超过最高允许温度（锗管为90℃～100℃，硅管为 125℃～200℃）时，二极管就会被烧坏。
半导体二极管及其应用
1.1.2.1 二极管
在PN结上引出两个电极并加上管壳就形成了半导体二极 管，其外形和符号如图1-5所示。
二极管的正极也叫阳极，用字母a表示，另一边是负极 也叫阴极，用字母k表示。正极与P区相连，负极与N区相连。 二极管的极性通常标示在它的封装上，有些二极管用黑色或 白色色环表示它的负极端。
半导体二极管及其应用
图1-7稳压管的电路符号及伏安特性
半导体二极管及其应用
1.1.3.2 光电二极管 光电二极管的PN结可以接收外部的光照。PN结工作在反 向偏置状态下，其反向电流随光照强度的增加而上升。图18（a）是光电二极管的代表符号，图（b）是它的等效电路， 而图（c）则是它的特性曲线。其主要特点是，它的反向电 流与照度成正比，灵敏度的典型值为0.1μ A/lx数量级（lx 即勒克斯，为照度的单位）。
第1章 半导体二极管和晶体管
第一节、半导体的导电特性
N型半导体
多一个 价电子
4
+5
4
掺杂
4
4
4
15
本征激发
第一节、半导体的导电特性
N型半导体
4
+5
4
掺杂
正离子
电子
4
4
4
多子-------电子 少子-------空穴
N型半导体示意1图6
第一节、半导体的导电特性
P型半导体
多一个 空穴
4
+3
4
掺杂
4
4
4
17
本征激发
第一节、半导体的导电特性
I反
E
R
E
R
限流,防止电流太大
30
三、二极管的伏安特性
I/mA
第三节、半导体二极管
非线性元件
UT
O
U/V
死区
死区电压: 硅0.5 导通电压: 硅0.6-0.8
（一）正向特性
锗0.1
锗0.2-0.3
导通电压>死区电压,方能正常导通。
导通电压: 硅0.6-0.8V
锗0.1-0.3V
31
第三节、半导体二极管
4
二、本征半导体
第一节、半导体的导电特性
纯净的具有晶体结构的半导体。 价电子
第1章半导体二极管三极管和场效应管讲义教材
第1章 半导体二极管、三极管和场效应管
1.1 半导体的导电特性 1.2 PN结 1.3 半导体二极管 1.4 稳压管 1.5 半导体三极管 1.6 绝缘栅场效应管
一、电子技术的发展
很大程度上反映在元器件的发展上 : • 1947年 贝尔实验室制成第一只晶体管 • 1958年 集成电路 • 1969年 大规模集成电路 • 1975年 超大规模集成电路
穴
成对出现
+4
+4
本征激发
在外电场作用下， 电子和空穴均能 参与导电。
空穴导电的 实质是共价 键中的束缚 电子依次填 补空穴形成 电流。故半 导体中有电 子和空穴两 种载流子。
第1章 1.1
+4
+4
+4
+4
+4
+4
价电子填补空穴 空穴移动方向
电子移动方向
+4
+4
+4
外电场方向
1.1.3 P半导体和N型半导体 1 . N 型半导体
IB =60µA
IB增加
IB =40µA
IB 减小
IB = 20µA
第1章 1.5
0
UCE
三极管输出特性上的三个工作区
第1章 1.5
此区域中UCEUBE,
I mA ，集U电CE结0正.3偏V称，为I饱B>C和IC / 区。
第1章_半导体二极管及整流电路
空穴可在共 价键内移动
空穴，形成共价键，从而使自由电子和空 穴同时消失的过程。
3．P型半导体： 在纯净的半导体中掺入三价元素（如硼、 镓等）后，形成的半导体称为P型半导体， +4 +4 +4
这种半导体主要靠带正电的空穴导电。
+4 +3 +4
空穴 — 多子 电子 — 少子
载流子数 空穴数
硼原子 空穴
稳压二极管正 常工作于反向 击穿状态！ 稳压二极管的典型应用电路
2. 光电二极管： 光电二极管又称光敏二 极管，和稳压二极管一样， 其PN结也是工作在反偏状态。 其特点是：反向电流大小随
光照强度的变化而变化。光
电二极管常用在光电转换控 制器件或光的测量传感器中。
3. 变容二极管： 变容二极管是利用PN结
为PN结截止。也就是说：PN结具有单向导电性。
§1-2 半导体二极管
一. 二极管的结构及类型 1. 结构： 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。
2 . 外形和符号：
阳极 （+ ）
P
N
阴极 （－）
3 . 类型：
• 按工艺：点接触型、面接触型；
• 按材料；硅管、锗管等； • 按用途：普通、整流、检波、稳压、开关、发光、 变容、光敏等。
二. 二极管的伏安特性 1. 概念： 流过二极管的电流 iD与加于二极管两端的电压UD之间的关系 或曲线。 2. 二极管的伏安特性曲线： （1）正向特性（UD>0） 死区:外电场不足以克服内电场,电 流几乎为零。 正向压降:二极管充分导通后两端电
第01章 半导体二极管及基本电路
2） PN 结加反向电压
第一章 半导体二极管及基本电路/1.1 半导体的基础知识/P N 结
33
2） PN 结加反向电压
加反向电压
P区接负极 N区接正极
内电场 Ed
PN 结变宽
多子扩散运动 少子漂移运动
形成反向电流 I
PN 结截止 （PN 结呈现反向R ）
• 结论：
• P N 结具有单向导电性。
N 型半导体示意图
第一章 半导体二极管及基本电路/1.1 半导体的基础知识/杂质半导体
26
硅
2. P 型半导体
晶
体
掺
硼
出
现
硼原子的结构
空 穴
• 自由电子数 ＜＜ 空穴数
少数载流子 多数载流子
• 以空穴导电作为主要导电方式的半导体，称为空
穴半导体或 P型半导体 (P —type semiconductor ) 。
第一章 半导体二极管及基本电路/1.1 半导体的基础知识/杂质半导体
27
N 型、P 型半导体示意图
N 型半导体
P 型半导体
杂质半导体中多数载流子浓度取决于 掺杂浓度 少数载流子浓度取决于 温度
第一章 半导体二极管及基本电路/1.1 半导体的基础知识/杂质半导体
28
半导体的特点：
⒈ 半导体中存在着两种载流子---自由电子和空穴。 因此，半导体的导电原理明显区别于导体。
第一章二极管-PPT课件
IS:为 反 向 饱 和 电 流 ， K:为 玻 尔 兹 曼 常 数 ，
q:为 电 子 电 量 ，
当 : T ＝ 3 0 0 k （ t = 2 7 c 0 )时 ： U T 2 6 m V 。
3.二极管的伏安特性
（1）正向特性：
a.当外加正向电压小于Uth时，外电场不 足以克服PN结的内电场对多子扩散运动造 成的阻力，正向电流几乎为零，二极管呈 现为一个大电阻，好像有一个门坎，因此 将电压Uth称为门槛电压(又称死区电压)。 在室温下硅管Uth≈0.5V，锗管Uth≈0.1V。
强 形成反向电流IR IR=I少子≈0 PN结处于截至状态且呈高阻特性。 结论：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。
3.PN结的击穿特性
（1）反向击穿：当加于PN结两端的反向电压增大到一定值时，二极管的反向 电流将随反向电压的增加而急剧增大，这种现象称为反向击穿。
（2）电击穿：反向击穿后，只要反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的 耗散功率，PN结一般不会损坏。若反向电压下降到击穿电压以下后，其性能可 恢复到原有情况，即这种击穿是可逆的，称为电击穿；
b.当外加正向电压大于Uth后，PN结的内电场大为削弱，二极管的 电流随外加电压增加而显著增大，电流与外加电压呈指数关系.
导通电压:
正向压降: 硅管约为0.6～0.8V; 锗管约为0.1～0.3V; 用UD(ｏn)表示。
半 导 体 二极管
1.3 二极管电路的分析方法
线性化：用线性电路的方法来处理，将非线性器件用恰 当的元件进行等效，建立相应的模型。 （1）理想二极管模型：相当于一个理想开关，正偏 时二极管导通管压降为0V，反偏时电阻无穷大，电流为零。
（2）理想二极管串联恒压降模型：二极管导通后， 其管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典型值为0.7V。 该模型提供了合理的近似，用途广泛。注意：二极管电流 近似等于或大于1mA正确。
(b) 面接触型
(d) 符号
图 1 – 10 半导体二极管的结构和符号
第一章 半导体二极管
1.2.2二极管的伏安特性
I / mA 10 8 6 4 －60℃ －12 －8 －4 20℃ 90℃ 2 0 0.4 0.8 －0.4 －0.8 －60℃ －300 －200 －100 75℃ 1.2 U / V 20℃ －50℃ 0 －10 －20 1 U/V 90℃ 80 60 40 －50℃ 20 75℃ 20℃ I / mA
第一章 半导体二极管
3、 反向电流ＩＲ。指二极管未击穿时的反向电流
值。此值越小, 二极管的单向导电性越好。由于反向电
流是由少数载流子形成, 所以ＩＲ值受温度的影响很大。 4、最高工作频率 ｆ Ｍ 。 ｆ Ｍ 的值主要取决于ＰＮ 结结电容的大小, 结电容越大, 则二极管允许的最高工
作Baidu Nhomakorabea率越低。
(完整版)模拟电子技术基础_知识点总结
模拟电子技术复习资料总结
第一章半导体二极管
一.半导体的基础知识
1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。
4. 两种载流子----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。体现的是半导体的掺杂特性。 *P型半导体:在本征半导体中掺入微量的三价元素（多子是空穴，少子是电子）。
*N型半导体: 在本征半导体中掺入微量的五价元素（多子是电子，少子是空穴）。
6. 杂质半导体的特性
*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。
*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
*转型---通过改变掺杂浓度，一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。
7. PN结
* PN结的接触电位差---硅材料约为0.6~0.8V，锗材料约为0.2~0.3V。
* PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。
8. PN结的伏安特性
二. 半导体二极管
*单向导电性------正向导通，反向截止。
*二极管伏安特性----同ＰＮ结。
*正向导通压降------硅管0.6~0.7V，锗管0.2~0.3V。
*死区电压------硅管0.5V，锗管0.1V。
3.分析方法------将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:
若 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路);
若 V阳
1）图解分析法
该式与伏安特性曲线
的交点叫静态工作点Q。
半导体二极管及其基本电路
第一章半导体二极管及其基本电路
第一节学习要求
第二节半导体的基本知识
第三节 PN结的形成及特性
第四节半导体二极管
第五节二极管基本电路及其分析方法
第六节特殊二极管
第一节学习要求
1了解半导体器件中扩散与漂移的概念、PN结形成的原理;
2掌握半导体二极管的单向导电特性和伏安特性;
3掌握二极管基本电路及其分析方法;
4熟悉硅稳压管的稳压原理和主要参数;
第二节半导体的基本知识
多数现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半导体材料制成的;为了从电路的观点理解这些器件的性能,首先必须从物理的角度了解它们是如何工作的;
一、半导体材料
从导电性能上看,物质材料可分为三大类：
导体：电阻率ρ < 10-4 Ω·cm
绝缘体：电阻率ρ > 109 Ω·cm
半导体：电阻率ρ介于前两者之间;
目前制造半导体器件的材料用得最多的有：硅和锗两种
二、本征半导体及本征激发
1、本征半导体
没有杂质和缺陷的半导体单晶,叫做本征半导体;
2、本征激发
当温度升高时,电子吸收能量摆脱共价键而形成一对电子和空穴的过程,称为本征激发;
三、杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质, 就会使半导体的导电性能发生显着的变化;因掺入杂质不同,杂质半导体可分为空穴P型半导体和电子N型半导体两大类;
1、P型半导体
在本征半导体中掺入少量的三价元素杂质就形成P型半导体,P 型半导体的多数载流子是空穴,少数载流子是电子;
2、N型半导体
在本征半导体中掺入少量的五价元素杂质就形成N型半导体;N 型半导体的多数载流子是电子,少数载流子是空穴;
返回
第三节PN结的形成及特性
(完整版)半导体二极管电子教案
第一章半导体二极管
内容简介
本章首先介绍半导体的导电性能和特点，进而从原子结构给与解释。先讨论PN结的形成和PN结的特性，然后介绍半导体二极管特性曲线和主要参数。分析这些管子组成的几种简单的应用电路，最后列出常用二极管参数及技能训练项目。
知识教学目标
1.了解半导体基础知识，掌握PN结的单向导电特性；
2.熟悉二极管的基本结构、伏安特性和主要参数；
3.掌握二极管电路的分析方法；
4.了解特殊二极管及其应用。
技能教学目标
能够识别和检测二极管，会测定二极管简单应用电路参数。
本章重点
1.要求掌握器件外特性，以便能正确使用和合理选择这些器件。如：半导体二极管：伏安特性，主要参数，单向导电性。
2.二极管电路的分析与应用。
本章难点
1.半导体二极管的伏安特性，主要参数，单向导电性。
2.二极管电路分析方法。
课时4课时
题目：半导体、PN结
教学目标：了解本征半导体，杂质半导体的区别，从而得出半导体特性。记住半导体PN结的特性。
教学重点：1、半导体特性；
2、半导体PN结的特性；
教学难点：1、半导体单向导电性。
2、半导体PN结分别加正反向电压导通与截止的特性。
教学方法：讲授
教具：色粉笔
新课导入：电子技术基础是我们这学期新开的一门专业课，它包含各个基本小型电路的介绍及使用分析，这次课我们来学习一种材质：半导体。为以后的电路分析打下基础。
新授：
从导电性能上看，通常可将物质为三大类：导体：电阻率，缘体：电阻率，半导体：电阻率ρ介于前两者之间。目前制造半导体器件材料用得最多的有：
单一元素的半导体——硅(Si)和锗(Ge);
半导体二极管基础知识解读
第一章 半导体二极管
＋4
＋4
＋4
共价键
＋4 ＋4 ＋4
价电子
＋4 ＋4 ＋4
看看这里 图1.2 单晶硅的共价键结构
第一章 半导体二极管
在本征半导体中，空穴与电子是成对出现的，称为电子—空穴对。 其自由电子和空穴数目总是相等的。本征半导体在温度升高时产生电 子—空穴对的现象称为本征激发。温度越高，产生的电子—空穴对数 目就越多，这就是半导体的热敏性。 在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子，而导体中只有自 由电子这一种载流子，这是半导体与导体的不同之处。 1.1.2 杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质元素，就会使半导体的导电性能 发生显著改变。根据掺入杂质元素的性质不同，杂质半导体可分为P型 半导体和N型半导体两大类。 1. P型半导体 P型半导体是在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的3价元素（如 硼、铟等）而形成的。因杂质原子只有3个价电子，它与周围硅原子组 成共价键时，缺少1个电子，因此在晶体中便产生一个空穴，当相邻共 价键上的电子受热激发获得能量时，就有可能填补这个空穴，使硼原 子成为不能移动的负离子，而原来硅原子的共价键因缺少了一个电子， 便形成了空穴，使得整个半导体仍呈中性，如图1.3所示。
第一章 半导体二极管
结变窄
结变宽
－＋
P
－－ ＋＋
N 自建场方向 P －－ ＋＋ N
模拟电子技术教案-第1章 半导体二极管及其基本应用
模拟电子技术
主编
第1章半导体二极管及其基本应用
1.1.1 半导体的基础知识
本证半导体
1.定义：纯净的单晶半导体称为本征半导体。
2.本征半导体的原子结构及共价键：共价键内的两个电子由相邻的原子各用一个价电子组成，称为束缚电子。
3.本征激发和两种载流子：——自由电子和空穴
受温度的影响，束缚电子脱离共价键成为自由电子，在原来的位置留有一个空位，称此空位为空穴。
在本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相同。
复合现象：空穴出现以后，邻近的束缚电子可能获取足
够的能量来填补这个空穴，而在这个束缚电子的位置又出现一个新的空位，另一个束缚电子又会填补这个新的空位，这样就形成束缚电子填补空穴的运动。为了区别自由电子的运动，称此束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。
4. 结论
(1）半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自
由电子，另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。
（2）本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生,数目相同。
（3）一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。
（4）温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。这是半导体和导体在导电机制的本质差异。另一方面，空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。
杂质半导体
1.定义：为了提高半导体的导电能力可在本征半导体中掺入微量杂质元素，该半导体称为杂质半导体。
2.半导体分类
在本征半导体中有意识加入微量的三价元素或五价元素等杂质原子，可使其导电性能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N 型）半导体和空穴型（P 型）半导体。
第1章二极管、三极管和MOS管
完全纯净 的具有晶体 结构的半导 体称为本征 半导体 。它 具有共价键 结构。
价电子
硅原子
锗和硅的原子结构 单晶硅中的共价键结构
上页 下页 返回
第1章
在半导 体中，同 时存在着 电子导电 和空穴导 电。空穴 和自由电 子都称为 载流子。 它们成对 出现，成 对消失。
复合 空穴
电子 空电 穴子 电 子 电 子 电 子
建立简化小信号模型的条件：
1）三极管工作在放大状态; 2) 输入信号非常小（一般μA数量级）
上页 下页 返回
第1章
三极管微变等效模型的建立步骤：
输入回路微变等效电路
b c ic +
iB
Uce≥1V
+ ib ube
-
e uce
-
IB
Q
△IB
ui rbe =
be b
= △ △UIBBE
0
△UBE
b
uBE
少子越过PN结形成 很小的反向电流
P区
空间电荷区变宽
N区
IR 内电场 外电场
E
上页 下页 返回
第1章 由上述分析可知：
切记
PN结具有单向导电性
即在PN结上加正向电压时，PN结
电阻很低，正向电流较大。（PN结处
于导通状态）
加反向电压时，PN结电阻很高，反
电子课件电子技术基础第六版第一章半导体二极管
2. 分类
二极管的种类
二、二极管的伏安特性
为了直观地说明二极管的性质，通常用二极管两端的电压 与通过二极管的电流之间的关系曲线，即二极管的伏安特性 曲线来描述，如图所示。
在下图所示的坐标图中，位于第一象限的曲线表示二极管 的正向特性，位于第三象限的曲线表示二极管的反向特性。
二极管的伏ຫໍສະໝຸດ Baidu特性曲线
2. 反向特性 反向特性是指给二极管加反向电压（二极管正极接低电位 ，负极接高电位）时的特性。 当反向电压小于某值（此电压称为反向击穿电压 UBR）时 ，反向电流很小，并且几乎不随反向电压而变化，该反向电 流称为反向饱和电流，简称“反向电流”，用 IR表示。通常硅 管的反向电流在几微安以下，锗管的反向电流可达几百微安 。在应用时，反向电流越小，二极管的热稳定性越好，质量 越高。
PN 结示意图
2. PN 结的单向导电性 PN 结加正向电压导通，加反向电压截止，这是 PN 结的 重要特性——“单向导电性”。
§1-2 半导体二极管
学习目标
1. 了解二极管的结构、分类及型号。 2. 熟悉二极管的符号、特性和主要参数。 3. 了解发光二极管、光电二极管和变容二极管的作用 及工作特点。 4. 能根据二极管电路判断二极管的工作状态。 5. 能根据二极管的外形识别其种类及引脚对应的极性。 6. 能正确识读二极管上标识的型号，了解该二极管的 作用和用途。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章半导体二极管
内容提要：本章介绍半导体二极管的工作原理、特性曲线和参数。半导体器件的基础是PN结，为此对PN结的形成和电特性也给予了必要的介绍。
目前最基本的电子器件主要有三大类:
电子管
半导体器件
集成电路
本章主要介绍现代电子器件——集成电路的基础器件，半导体二极管和三极管的基本知识，工作原理，特性曲线和参数。
1.1 半导体的基本知识
物体有导体、半导体和绝缘体之分，它们是根据物体的导电能力来划分的。导电能力往往用电阻率来表示，单位是Ωcm。一般规定半导体的电阻率在10-3～109Ωcm之间。典型的半导体有硅Si和锗Ge，以及砷化镓GaAs等。硅和锗在元素周期表上是四价元素，砷化镓则属于半导体化合物。
1.1.1 本征半导体
1.1.1.1 本征半导体的定义
是化学成分纯净的半导体，它在物理结构上有多晶体和单晶体两种形态，制造半导体器件必须使用单晶体，即整个一块半导体材料是由一个晶体组成的。制造半导体器件的半导体材料纯度要求很高，要达到99.9999999%，常称为"九个9"。
1.1.1.2 本征半导体的共价键结构
硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。根据化学的知识可以知道，最外层的价电子受原子核的束缚力最小，容易脱离原子核的束缚而参与导电。在半导体晶体中，最外层的价电子分别与周围的四个原子的价电子形成共价健。
1.1.1.2 电子空穴对
当半导体处于热力学温度0 K时，导体中没有自由电子。当温度升高大于0 K时，或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，成为自由电子，从而可能参与导电。这一现象称为本征激发（也称热激发）。本征激发会产生如下物理过程:在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，原子的电中性被破坏，呈
现出正电性，其正电量与电子的电荷量相等，通常称呈现正电性的这个空位为空穴。可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。一部分游离的自由电子在经过空穴附近时，也可能被空穴所俘获，称为复合，如图1-1-2所示。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。
图1-1-2 本征激发和复合的过程动画01-1
1.1.1.3 空穴的移动
自由电子的定向运动就形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的电流方向相反。只不过空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。空穴移动的见图1-1-3。
例如 A 处的空穴被 B 处的电子所充填，B 处产生一个新的空穴，同时 A 处产生复合，接下来，B 处的空穴被C 处的电子所充填，同时C 处产生一个空穴，B 处产生复合，如此不断进行，空穴于是靠着相邻共价键中的价电子依次充填而产生运动。
图1-1-3 空穴在晶格中的移动动画01-2
1.1.2杂质半导体
在本征半导体掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素，掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。要注意，这里的杂质半导体是在提纯的本征半导体中掺入一定浓度的三价或五价元素而得到的，不是普通意义的含有多种任意杂质的半导体。
1.1.
2.1 N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体，也称电子型半导体。因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余
的一个价电子因无共价键束缚而很容易成为自由电子。在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子，由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因失去了这个价电子而带正电荷，成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。N型半导体的结构示意
图如图1-1-4所示。
图1-1-4 N型半导体的结构示意图[8]
1.1.
2.2 P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。
[9]因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下了一个空位。这个空位很容易从临近的硅原子中俘获价电子，从而使杂质原子成为负离子，而失去价电子的硅原子则出现一个空穴。P型半导体中空穴是多数载流子，其数量主要由掺杂的浓度确定；电子是少数载流子，由热激发形成。三价杂质也称为受主杂质。P型半导体的结构示意图如图1-1-5所示。
图1-1-5 P型半导体的结构示意图[9]
1.1.3 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，因为多数载流子是由掺入的杂质的浓度决定的。一些典型的数据如下：
1.1.4 温度对半导体导电性的影响
温度对半导体的导电性能也有很大的影响，以上给出的本征硅原子浓度等三个数据都是在一定温度条件下（T = 300K）给出的。当温度升高时，半导体的导电性将迅速提高，所以温度对半导体的导电性有很大的影响。用半导体制成的半导体器件在实际工作时，必须注意温度的影响或限制半导体器件的温度不超过一定值。
【思考题】
1-1-1 什么是半导体？
1-1-2 对制作半导体器件的半导体材料有何要求？这种半导体称为什么半导体？
1-1-3 在半导体中参与导电的是哪些载流子？它们是如何形成的？
1-1-4 在本征半导体中参与导电的载流子有哪些？它们的数量与什么因素有关？
1-1-5 什么是杂质半导体？有几种类型？它们是如何形成的？
1-1-6 说明N型半导体和P型半导体中的载流子有何特点？什么是施主杂质和受主杂质？
1-1-7 说明在室温条件下，本征硅原子浓度、少数载流子浓度和多数载流子浓度三者之间在数量上大致的数量关系。
1.2 PN结
1.2.1 PN结的形成
将一块P型半导体和N型半导体紧密连接在一起，这种紧密连接不能有缝隙，是一种原子半径尺度上的紧密连接。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程。
(b) 形成内电场 (c) 扩散和漂移电流达到动平衡
图1-2-1 PN结的形成过程(图中只画出了杂质原子)
N型半导体中的多数载流子电子的浓度远大于P型半导体中少数载流子电子的浓度；P型半导体中多数载流子空穴的浓度远大于N型半导体中少数载流子空穴的浓度。于是在两种半导体的界面上会因浓度差发生载流子的扩散运动，见图1-2-1(a)。
(a) 多子因浓度差形成扩散运动
图1-2-1 PN结的形成过程(图中只画出了杂质原子)