半导体二极管和三极管 PPT课件

失 去 一 个 磷原子 电子变为 正离子
N型半导体形成过程动画演示
1.1.2 杂质半导体
2. P型半导体
掺杂三价元素后空穴数目大 量增加,成为多数载流子,自由 电子是少数载流子。空穴导电 成为这种半导体的主要导电方 式，称为P型半导体。
掺入杂质越多, 多子浓 度越高, 导电性越强, 实 现导电性可控。
自由电子和空穴同时参与导电是半导体导电和金属 导电的本质区别。
1.1.2 杂质半导体
1. N型半导体
掺杂五价元素后自由电子 数目大量增加，成为多数载 流子，空穴是少数载流子。 这种半导体主要靠自由电子 导电，称N型半导体。
在常温下
即可变为
Si
Si 自由电子
pS+i
Si
多余 电子
掺入杂质越多, 多子浓 度越高, 导电性越强, 实 现导电性可控。
第1章 半导体二极管和三极管
1.1 半导体基础知识
1.2 半导体二极管及其基本电路 1.3 晶体管 1.4 场效应管
1.1 半导体基础知识
1.1.1 本征半导体 1.1.2 杂质半导体 1.1.3 PN结的形成及特性
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)。
－－－－ － －
－ 正－ － － －向－
－－－－ － －
+ + ++ + +
+ 电+ + + +流+
+ + ++ + +
IF
P
+
–
内电场 外电场
R
N
PN 结加正向电压时,PN结变窄,扩散运动加剧,由于 外电源的作用，形成扩散电流，正向电流较大 , 正向 电阻较小，PN结处于导通状态。
1.1.3 PN结的形成及特性 2. PN结的单向导电性 （2）PN 结加反向电压（反向偏置）
Si
Si
自由电子的产生使共价键中留有一
个空位 , 称为空穴(带正电)。
Si
Si
这一现象称为本征激发。
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。
一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定； 温度升高，自由电子与空穴对的浓度加大。
1.1.1 本征半导体
2. 本征半导体的导电机理
在外电场作用下，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，
晶体中原子的排列方式
Si
Si
价电子
Si
Si
共价健
硅单晶中的共价健结构
1.1.1 本征半导体 2. 本征半导体的导电机理
1.1.1 本征半导体 2. 本征半导体的导电机理
1.1.1 本征半导体 2. 本征半导体的导电机理
价电子
价电子在温度升高或受光照时获得
一定能量后，可挣脱共价键的束缚 ，
成为自由电子(带负电)。
1.1.3 PN结的形成及特性
2. PN结的单向导电性
（3）PN结的i−u特性
uD
iD IS (enUT 1)
反向偏 置特性
iD/mA 1.0
0.5
正向偏 置特性
其中
iD = -IS
-1.0 -0.5
0.5 1.0 uD/V
IS ——反向饱和电流
PN结单向导电性的I−U特性曲线
n——发射系数，其值1-2。
1.1.3 PN结的形成及特性
2. PN结的单向导电性
（2）PN 结加反向电压（反向偏置）
PN 结变宽
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
N
–+
R
反向电流将随温度增加。
PN 结 加 反 向 电 压 时 ,PN 结 变宽,阻止扩散 运动,有利于漂 移运动,形成漂 移电流。反向 电流较小,反向 电阻较大, 处 于截止状态。
扩散运动：由浓度差引起
扩散电流：P N 漂移运动：由内电场引起
内电场的作用：抑制扩散 促进漂移
漂移电流: N P PN结动态平衡时，扩散电 流与漂移电流大小相等、 方向相反，流过PN的总电 流为0。
电子扩散
N ++ + + +
++++
- - -----
P
++++ - - - -
++++ - - - -
注意：(1) 本征半导体中的载流子数目极少, 其导电性能很差。
(2) 温度对半导体器件性能影响很大。 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。
1.1.1 本征半导体 2. 本征半导体的导电机理
当半导体两端加上外电压时，其将出现两部分电流 (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
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、光敏晶体管等)。
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、晶体管和晶闸管等）。
1.1.1 本征半导体 1. 本征半导体的结构 本征半导体是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。 价电子:共价键中的两个电子。
以此类推，就形成了价电子 空穴
填补空穴的移动，其结果相 当于空穴的运动，相当于正 电荷的移动。
运载电荷的粒子称为载流子。 自由电子和空穴都称为载流子。
自由电子
Si
Si
Si
Si
价电子
1.1.1 本征半导体 2. 本征半导体的导电机理
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。
空穴扩散
空间电 荷区
++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - -
内电场
1.1.3 PN结的形成及特性 2. PN结的单向导电性 （1）PN 结加正向电压（正向偏置）
1.1.3 PN结的形成及特性
2. PN结的单向导电性
（1）PN 结加正向电压（正向偏置）
PN 结变窄
Si
Si
空穴
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
P型半导体的形成过程动画演示
1.1.3 PN结的形成及特性
1. PN结的形成 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气
体、液体、固体均有扩散运动。
1.1.3 PN结的形成及特性 1. PN结的形成
浓度差
多子扩散运动 动
空间电荷区
态
内电场
平
衡
少子漂移运动
PN结：空间电荷区、耗尽层
电子扩散
N ++ + + +
++++
- - -----
P
++++ - - - -
++++ - - - -
空穴扩散
空间电 Baidu Nhomakorabea区
++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - -
内电场
1.1.3 PN结的形成及特性 1. PN结的形成