《电子技术基础》课件

（1）N型半导体
• 在本征半导体中（如硅、锗中）掺入少量的5价元素杂质，如磷、 锑、砷等，磷原子有5个价电子，它的4个价电子与相邻的硅组成 共价键后，还多余1个价电子，多余的价电子很容易受激发成为 自由电子。掺入的磷元素越多，则自由电子就越多。
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• 由于磷原子在硅晶体中给出了1个多余的电子，称 磷为施主杂质，或N型杂质。但在产生自由电子的 同时并不产生新的空穴，因此在N型半导体中，自 由电子数远大于空穴数。这样的一种半导体将以 自由电子导电为主，所以自由电 子称为多数载流子， 而空穴称为少数载流 子。
电子技术基础
• 【知识点】 • 本征半导体、掺杂半导体的导电特性；PN结及其特性；二极管的
结构、伏安特性及主要参数；特殊二极管的用途；单相桥式整流 电路、滤波电路及稳压电路的组成、工作原理、分析计算方法、 元件的选用；集成稳压器的使用。
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2.1 半导体二极管
一、 半导体的基本知识
• 在自然界中，存在着许多不同的物质，有的物质很容易传 导电流，称为导体。有的物质几乎不传导电流，称为绝缘 体。此外还有一类物质，它的导电能力介于导体与绝缘体 之间，称它为半导体。常见的半导体如锗、硅、硒化镓、 一些硫化物和氧化物等。半导体除了在导电能力方面与导 体和绝缘体不同外，还具有不同于其他物质的特点，例如， 半导体受到外界光和热的刺激时或者在纯净的半导体中加 入微量的杂质，其导电性能会发生显著变化。其中半导体 的电阻率随温度的上升而明显下降，呈负温度系数的特性； 半导体的导电能力随温度上升而明显增加；半导体的电阻 率随光照的不同而变化；在纯净的半导体掺入少量的杂质， 它的导电能力会得到显著的提高。这就是半导体的特点。
• 半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中的电子 被束缚得那么紧，在室温300K时，由于热激发， 就会使一些价电子获得足够的能量挣脱共价键的 束缚，成为自由电子。这种现象称为本征激发。 在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价 键就留下1个空位，这个空位叫做空穴。显然，空 穴带有正电荷。当温度越高时，电子空穴就越多； 电子空穴的热运动是杂乱无章的，对外不显电性。
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2.1 半导体二极管
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
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做
成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
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：
(1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈 好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
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Si
Si
BS–i
Si
硼原子 接受一个电子 变为负离子
掺入三价元素
空穴
掺杂后空穴数目大量增 加，空穴导电成为这种半 导体的主要导电方式，称 为空穴半导体或 P型半导体。
在 P 型半导体中空穴是多数载 流子，自由电子是少数载流子。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
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2.1.2 杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质
半导体。
在常温下即可变为自 由电子
掺入五价元素
Si
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Si
pS+i
Si
掺杂后自由电子数目大量
多余 电子
增加，自由电子导电成为这 种半导体的主要导电方式，
称为电子半导体或N型半导体。
失去一个电子变 为正离子
在N 型半导体中自由电子是多数 磷原子 载流子，空穴是少数载流子。
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2.1.1 本征半导体
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
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自由电子
本征半导体的导电机理
Si
Si
空穴
Si Si
价电子
价电子在获得一定能量（温 度升高或受光照）后，即可挣 脱原子核的束缚，成为自由电 子（带负电），同时共价键中 留下一个空位，称为空穴（带 正电）。
这一现象称为本征激发。
温度愈高，晶体中产生的 自由电子便愈多。
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补， 而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相 当于正电荷的移动）。
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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
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2.1.1本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。 • 在T=0和没有外界激发时，没有可以自由运动的带电粒
子——载流子，这时它相当于绝缘体。例如高纯度半导体 材料硅、锗都是单晶体结构。如图所示分别为锗和硅的原 子结构示意图。
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• 在硅、锗制成单晶体后，最外层的4个价电子不仅 受自身原子核的束缚，还与其相邻的4个原子核相 互吸引，2个相邻原子之间有1对价电子，称为共 价键结构。
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（2）P型半导体
• 在本征半导体中（如硅、锗中）掺入少量的3价元素杂质，如硼、铟等，硼 原子最外层只有3个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，因缺少1个价电 子，在晶体中就留有1个空穴，空穴数量增多，自由电子则相对很少。如图 所示。由于硼原子在硅晶体中能接受电子，故称硼为受主杂质，或P型杂质。 在产生空穴的同时并不产生新的自由电子，因此在P型半导体中，空穴数远 大于自由电子数。在这种半导体中以空穴导电为主，故空穴为多数载流子， 而自由电子为少数载流子。注意不论是N型半导体还是P型半导体都是电中 性，对外不显电性。
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PN P
型 半 导 体
结 的 形 成
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2.1 半导体二极管
PN结及其单向导电性
PN结的形成 • 当P型半导体和N型半导体接触后，在交界面处由于载流子的扩