模拟电子技术及应用优秀课件

1-1-3 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造
P 型半导体和N 型半导体，经过载流
子的扩散，在它们的交界面处就形成
了PN 结。
内电场越强，漂移运动 越强。
漂移运动
内电场E
P 型半
导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
半导体的 三大特性
1-1-1 本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体） 一、本征半导体的结构特点
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们 的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成 晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子 与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子
束缚电子 （价电子）
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中两种载流子的数量相等，称自由 电子空穴对。
+4
+4
+4
+4
在外界因素的作用下， 空穴吸引附近的电子 来填补，结果相当于 空穴的迁移，效果相 当于正电荷的移动， 因此可以认为空穴是 载流子，能定向移动 而形成电流。
2.N型半导体：电子是多子，其中大部分是掺杂提供 的电子；空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，
由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近
似认为多子与杂质浓度相等。
3.P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
4.杂质半导体：多子数（多子浓度）主要由掺杂浓 度决定，受温度影响较小；而少子（少子浓度）主 要由本征激发决定，所以受温度影响较大。
1-1-2 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子， 形成杂质半导体。杂质半导体的导电性能将发生 显著变化，其原因是掺杂半导体的某种载流子浓 度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，
也称为电子型半导体。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也
称为空穴型半导体。
一、N 型半导体
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
三、杂质半导体的示意图
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P 型半导体
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N 型半导体
小结
1. 本征半导体中受激（热激发即本征激发）产 生的电子和空穴成对出现，数量很少。
多余 电子
磷原子
+4 +4
+5
+4
N 型半导体中
的载流子有哪 些呢？
（1）由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。 （2）本征半导体中成对产生的电子和空穴。
一般情况下，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓 度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。在N型半 导体中，自由电子称为多数载流子（多子），空穴称 为少数载流子（少子）。
在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少 量的五价元素，如磷，晶体中的某些半导体 原子被杂质原子取代。由于磷原子的最外层 有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原 子形成共价键，必定多出一个电子，这个电 子不受共价键的束缚，很容易被激发而成为 自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带 正电的离子；本征半导体电子和空穴成对出 现的现象也被打破。
N 型半
导体
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散运动
扩散的结果是使空间电荷区 逐渐加宽。
P型半导体
漂移运动
内电场E N 型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
扩散运动
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两 个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。
模拟电子技术及应 用
第1章 基本半导体分立器件
• 1.1 半导体的基本知识与 PN结
• 1.2 半导体二极管 • 1.3 特殊二极管 • 1.4 半导体三极管 • 1.5 场效应晶体管
什么是 半导体?
1-1 半导体的基本知识及PN结
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。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体， 如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
硅和锗的晶
体结构：
硅和锗的共价键结构
+4表示原 子外层原 来有4个
电子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
形成共价键后，每个原子的最外层电子是 八个，形成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力，使原子规 则称为 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，导电 能力很弱。
二、P 型半导体
在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的 三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半 导体原子被杂质原子取代。硼原子的最外层有三 个价电子，与相邻的
半导体原子形成共价键时， 产生一个空穴。这个空穴 空穴
+4 +4
可能吸引束缚电子来填补， 使得硼原子成为不能移动
+3
+4
的带负电的离子。
二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴
在绝对0度（-273℃）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），不能导电，相 当于绝缘体。
在常温下，由于热激发，使一些价电子获 得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电 子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。
本征半导体中电流由两部分组成：
（1）自由电子移动产生的电流。
（2）空穴移动产生的电流。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半 导体的导电能力越强，温度是影响半导体性 能的一个重要的外部因素，这是半导体的一 大特点------半导体的热敏性。
（在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现， 同时又不断的复合）
半导体：另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、硅、 砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
半导体的导电机理不同于其它物质，所以 它具有不同于其它物质的特点。例如：
1.掺杂性
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.热敏性和光敏性
当受外界热和光的作用时， 它的导电能力明显变化。