半导体的导电特性-PPT课件
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半导体器件物理(详尽版)ppt
半导体 电阻率介于导体和绝缘体之间 。导体（电阻率小于10-8Ω·m）， 绝缘体（电阻率大于106Ω·m）。
晶体 自然界中存在的固体材料，按其结构形式不同，可以分为晶 体（如石英、金刚石、硫酸铜等）和非晶体（玻璃、松香、沥青等）。
1.1 半导体的晶格结构
五种常见的晶格结构
●简单立方结构 ●体心立方结构 ●面心立方结构 ●金刚石结构 ●闪锌矿结构
图中“● ”表示价带内的电子 ;图中“○ ”表示价带内的空穴。
思考
• 既然半导体电子和空穴都能导电，而导体只有电子导电，为什么半导体的导 电能力比导体差？
●导带底EC
导带电子的最低能量
●价带顶EV
价带电子的最高能量
●禁带宽度 Eg
Eg=Ec-Ev
●本征激发 由于温度，价键上的电子 激发成为准自由电子，亦 即价带电子激发成为导带 电子的过程 。
●价带
由价电子形成的能带，但半导体 材料价电子形成的低能级能带通 常称为价带。
●禁带宽度/Eg
导带和价带之间的能级宽度，
单位是能量单位：eV（电子伏特）
图1-6
导体、绝缘体、半导体的能带示意图
3~6eV
禁带比较窄，常 温下，部分价带 电子被激发到空 的导带，形成有 少数电子填充的 导带和留有少数 空穴的价带，都
电子不仅可以围绕自身原子核旋转，而且可以转到另一个原子周围，即 同一个电子可以被多个原子共有，电子不再完全局限在某一个原子上， 可以由一个原子转到相邻原子，将可以在整个晶体中运动。
共有化运动
由于晶体中原子的周期性 排列而使电子不再为单个 原子所有的现象，称为电 子共有化。
在晶体中，不但外层价电 子的轨道有交叠，内层电 子的轨道也可能有交叠， 它们都会形成共有化运动；
半导体物理与器件-课件-教学PPT-作者-裴素华-第1章-半导体材料的基本性质
简化为
J = pqv p
1.6.4 半导体的电阻率ρ
电阻率是半导体材料的一个重要参数，其值为电导率
的倒数。 1
1
ρ= =
σ nqμn + pqμ p
对于强P型和强N型半导体业有相应的简化。
从上面的公式可以看出，半导体电阻率的大小决定于 n, p, μn ,μp的具体数值，而这些参数又与温度有关， 所以电阻率灵敏的依赖于温度，这是半导体的重要 特点之一。
b) P型硅中电子和空穴 的迁移率
载流子的迁移率还要随温度而变化。
硅中载流子迁移率随温度变化的曲线 a) μn b) μp
1.6.3 半导体样品中的漂移电流密度
设一个晶体样品如图所示， 以单位面积为底，以平 均漂移速度v为长度的矩 形体积。先求出电子电 流密度，设电场E为x方 向，在电场的作用下， 电子应沿着-x方向运动。
不论半导体中的杂质激发还是本征激发，都是依靠吸收 晶格热振动能量而发生的。由于晶格的热振动能量是随 温度变化的，因而载流子的激发也要随温度而变化。
载流子激发随温度的变化 a）温度很低 b）室温临近 c）温度较高 d）温度很高
伴随着温度的升高，半导体的费米能级也相应地发 生变化
杂质半导体费米能级随温度的变化 a）N型半导体 b）P型半导体
a)随机热运动 b) 随机热运动和外加电场作用下的运动合成
随机热运动的结果是没有电荷迁移，不能形成电流。
引入两个概念：
1. 大量载流子碰撞间存在一个路程的平均值，称为平 均自由程，用λ表示，其典型值为10-5cm；
2. 两次碰撞间的平均时间称为平均自由时间，用τ表示, 约为1ps；
建立了上述随机热运动的图像后，就可以比较实际地去 分析载流子在外加电场作用下的运动了。
半导体的导电特性课件
动画1-1本征半导体的导电特性
动画1-2空穴的运动
3 杂质半导体：
N型半导体（电子型半导体）
——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。
因五价杂质原子中四 个价电子与周围四个 半导体原子中的价电 子形成共价键，多余 的一个价电子因无共 价键束缚而很容易形 成自由电子。
vi
RL vo
vo
t
例3：设二极管的导通电压忽略，已知
vi=10sinwt(V)，E=5V，画vo的波形。
vi 10v
5v
R
t
D
vo
vi
E
vo
5v
t
例4：电路如下图，已知v=10sin(t)(V)，
E=5V，试画出vo的波形
vi
解：
t
vD
t
例5：VA=3V, VB=0V，求VF (二极管的导 通电压忽略)
PN结区的少子在内电场的
作用下形成的漂移电流大
于扩散电流，可忽略扩散 电流，由于漂移电流是少子
外电场
形成的电流，故反向电流
非常小，PN结呈现高阻性。
在一定的温度条件下，由本征激发决定的 少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流 是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无 关，这个电流也称为反向饱和电流。
•P型半导体中空穴数>>自由电子数
•自由电子为 P型半导体的少数载流子，空穴为 P型半 导体的多数载流子
P型半导体简化图
Si
B
Si
Si
Si
Si
4 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。
一些典型的数据如下:
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
第四章半导体的导电性91页PPT
3
4.1.1 半导体导电的微观机理
不满带：对被电子部分填充的能 带情况，电子对称地占据能量较 低的状态，如下图(a)所示，没有 外电场作用时不呈现出电流。
当存在如下图(b)所示电场时， 电子在能带中的分布发生变化， 从而呈现出电流。
（a）E＝0
（b）E≠0
4
4.1.1 半导体导电的微观机理
理想的半导体：无限大的、既没有杂质和缺陷也没有晶格振动和 电子间的相互碰撞。
理想的半导体的电阻为零：
当能带只是部分填充时，在外电场作用下，所有电子波矢以相 同速率变化：
qEx
dkx dt
从而使电子在布里渊区的分布不再对称，因而产生电流。
5
4.1.1 半导体导电的微观机理 当外电场除去后，因为： dk x 0
dt
电子在布里渊区的非对称分布不再变化，从而电流将保持下去。 也就是说，在外电场为零的情况下，电流仍不等于零。意味着 电导率应为无穷大，电阻率应为零。
a. 中性杂质散射：在温度很低时，未电离的杂质(中性杂质)的数目 比电离杂质的数目大得多，这种中性杂质也对周期性势场有一定 的微扰作用而引起散射．但它只在重掺杂半导体中，当温度很低， 晶格振动散射和电离杂质散射都很微弱的情况下，才起主要的散 射作用．
b. 位错散射：位错线上的不饱和键具有受主中心作用，俘获电子后 成为一串负电中心,其周围将有电离施主杂质的积累，从而形成 一个局部电场，这个电场成为载流子散射的附加电场。
过时间 t 后又遭到散射，在0~t时间内作加速运动，第二次散射前的速
度为：
x＝x0
q mn
平均自由时间的关系
而这个电子获得的漂移速度为：
q
m
n
4.1.1 半导体导电的微观机理
不满带：对被电子部分填充的能 带情况，电子对称地占据能量较 低的状态，如下图(a)所示，没有 外电场作用时不呈现出电流。
当存在如下图(b)所示电场时， 电子在能带中的分布发生变化， 从而呈现出电流。
（a）E＝0
（b）E≠0
4
4.1.1 半导体导电的微观机理
理想的半导体：无限大的、既没有杂质和缺陷也没有晶格振动和 电子间的相互碰撞。
理想的半导体的电阻为零：
当能带只是部分填充时，在外电场作用下，所有电子波矢以相 同速率变化：
qEx
dkx dt
从而使电子在布里渊区的分布不再对称，因而产生电流。
5
4.1.1 半导体导电的微观机理 当外电场除去后，因为： dk x 0
dt
电子在布里渊区的非对称分布不再变化，从而电流将保持下去。 也就是说，在外电场为零的情况下，电流仍不等于零。意味着 电导率应为无穷大，电阻率应为零。
a. 中性杂质散射：在温度很低时，未电离的杂质(中性杂质)的数目 比电离杂质的数目大得多，这种中性杂质也对周期性势场有一定 的微扰作用而引起散射．但它只在重掺杂半导体中，当温度很低， 晶格振动散射和电离杂质散射都很微弱的情况下，才起主要的散 射作用．
b. 位错散射：位错线上的不饱和键具有受主中心作用，俘获电子后 成为一串负电中心,其周围将有电离施主杂质的积累，从而形成 一个局部电场，这个电场成为载流子散射的附加电场。
过时间 t 后又遭到散射，在0~t时间内作加速运动，第二次散射前的速
度为：
x＝x0
q mn
平均自由时间的关系
而这个电子获得的漂移速度为：
q
m
n
第一章+半导体器件与模型 114页PPT文档
空穴很容易俘获电子，使杂质原 子成为负离子。三价杂质称为受主 杂质
+
+
4
4
+
+
4
3
武汉大学电子信息学院
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（电子型半导体）。
在N型半导体中自由电子是多 子,它主要由杂质原子提供；空 穴是少子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原 子因自由电子脱离而带正电荷成 为正离子，五价杂质原子被称为 施主杂质
硅PN结稳定性较锗结好
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1.2.4 PN结的电容特性
PN结的总电容： Cj CTCD
1、势垒电容CT：PN结上的反偏电压变化时，空
间电荷区相应变化，结区中的正负离子数量也发生改 变，即存在电荷的增减，这相当于电容的充放电， PN结显出电容效应，称为势垒电容。
2、扩散电容CD：正偏时，多数载流子的扩散运动
武汉大学电子信息学院
小结
1. 半导体中两种载流子
带负电的自由电子 带正电的空穴
2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现， 称为 电子 - 空穴对。
3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。
4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又
不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动
1、二极管的结构
触丝线
PN结
引线 外壳线 基片
P
N
点接触型二极管：PN结面积小，结电容小，A阳极
工作频率高，但不能承受较高反向电压和较
K阴极
大电流。
面接触型二极管：PN结面积大，允许通过较
符号
+
+
4
4
+
+
4
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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（电子型半导体）。
在N型半导体中自由电子是多 子,它主要由杂质原子提供；空 穴是少子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原 子因自由电子脱离而带正电荷成 为正离子，五价杂质原子被称为 施主杂质
硅PN结稳定性较锗结好
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1.2.4 PN结的电容特性
PN结的总电容： Cj CTCD
1、势垒电容CT：PN结上的反偏电压变化时，空
间电荷区相应变化，结区中的正负离子数量也发生改 变，即存在电荷的增减，这相当于电容的充放电， PN结显出电容效应，称为势垒电容。
2、扩散电容CD：正偏时，多数载流子的扩散运动
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小结
1. 半导体中两种载流子
带负电的自由电子 带正电的空穴
2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现， 称为 电子 - 空穴对。
3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。
4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又
不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动
1、二极管的结构
触丝线
PN结
引线 外壳线 基片
P
N
点接触型二极管：PN结面积小，结电容小，A阳极
工作频率高，但不能承受较高反向电压和较
K阴极
大电流。
面接触型二极管：PN结面积大，允许通过较
符号
半导体的导电性.ppt
5）载流子与载流子间的散射 ——在强简并下发生
2020/6/15
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§4.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系
Temperature Dependence of Carrier Concentration and Mobility
1. 平均自由时间和散射概率的关系
自由时间: 载流子在电场中作漂移运动时,只有连续两次 散射之间的时间内才作加速运动,这段时间称为自由时间.
载流子在半导体中运动时，不断与晶格原子或杂质离子碰撞，
速度大小和方向发生变化。或者说电子遭到散射。无规则
热运动是不断遭到散射的结果。
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自由程：相邻两次散射之间自由 运动的路程。
平均自由程：连续两次散射间自 由运动的平均路程。
平均自由 时间 连续两次散射动间的自平由均运运
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同理，对p型半导体
p p 0 q p 5
这里
空穴迁移率
p
v dp E
v dp 为空穴漂移速度
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对一般半导体
n p
nq npq p 6
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对本征半导体
因ni np
故 i n qnp qp
n iq n p 7
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温度升高，平均声子数增多，光学波的散射几率迅速增大。
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3)其它散射机构
1）等同能谷间散射
半导体中有多个极值能量相同的等能面，载流子在这些 能谷中的分布相同，这些能谷称为等同的能谷。 对这种多能谷半导体，电子可以从一个极值附近散射到另 一个极值附近，这种散射称为谷间散射。
半导体材料的基本特性 ppt课件
PPT课件
22
芯片可靠性
芯片可靠性致力于趋于芯片寿命的功能的能力，通过严格 的诸如无颗粒空气净化间的使用以及控制化学试剂的纯度 来控制玷污
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23
降低芯片价格
由于特征尺寸的减小使得硅片上集成的晶体管增多降低了 成本。 半导体产品市场大幅度增长引入了制造的规模经济
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24
微电子技术发展展望
PPT课件
19
提高芯片的性能
关键尺寸 芯片上的最小物理尺寸 芯片上器件尺寸的相应缩小是按比例进行的，仅减小一个 尺寸是不可接受的。
PPT课件
20
每块芯片上的元件数 减小一块芯片的关键尺寸使得可 以在硅片上制造更多的元件 ，由于芯片数增加性能也得 到提高。
摩尔定律
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21
功耗 真空管耗费很大功率，而半导体器件确实耗用很 小的功率，随着器件的微型化，功耗相应减小，尽管晶体 管数以惊人的速度增为什么有如此的发展速度
第一：集成电路业属于非资源耗尽型的环保类产业，原始材 料是地壳中的二氧化硅。
第二：集成电路的设计与制造技术中高新技术含量和技术赋 加值极高 ，产出效益好。
第三：集成电路的设计与制造业是充满技术驱动的效益驱动 的高活性产业
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半导体的趋势
★ 提高芯片性能 ★ 提高芯片的可靠性 ★ 降低芯片的成本
★衬底必须是纯净的 ★单晶硅片 ★晶体的基本形态
单晶 多晶 非晶 ★综合指标要求 导电类型 N型或P型
PPT课件
30
集成电路的制造步骤
★硅片制造 ★硅片制备 ★硅片测试/拣选 ★装配与封装 ★终测
PPT课件
31
★硅片制备 在这一阶段，将硅从沙中提炼并纯化，经过特 殊工艺生产适当直径的硅锭，然后将硅锭切割。
20-半导体基础知识PPT模板
电工电子技术
半导体之所以被作为制造电子器件的主要材料在于它 具有热敏性、光敏性和掺杂性。
热敏性：是指半导体的导电能力随着温度的升高而迅 速增加的特性。利用这种特性可制成各种热敏元件，如热 敏电阻等。
光敏性：是指半导体的导电能力随光照的变化有显著 改变的特性。利用这种特性可制成光电二极管、光电.1 半导体的基本特性
根据导电性能的不同，自然界的物质大体可分为导体、 绝缘体和半导体三大类。其中，容易导电、电阻率小于 10-4Ω·cm的物质称为导体，如铜、铝、银等金属材料；很难 导电、电阻率大于104Ω·cm的物质称为绝缘体，如塑料、橡 胶、陶瓷等材料；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质 称为半导体，如硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物 等。
（2）反向偏置
给PN结加反向偏置电压，即N区接电源正极，P区接电源 负极，称PN结反向偏置，如下图所示。
由于外加电场与内电场的 方向一致，因而加强了内电场， 促进了少子的漂移运动，阻碍 了多子的扩散运动，使空间电 荷区变宽。此时，主要由少子 的漂移运动形成的漂移电流将 超过扩散电流，方向由N区指向 P区，称为反向电流。由于常温 下少子的数量很少，所以反向 电流很小。此时，PN结处于截 止状态。
（2）P型半导体
在本征半导体硅（或锗）中掺入微量三价元素硼，由 于硼原子只有3个价电子，它与周围硅原子组成共价键时， 因缺少一个价电子而形成一个空穴，相邻的价电子很容易 填补这个空穴，形成新的空穴。这种半导体导电主要靠空 穴，所以称为空穴型半导体或P型半导体，如下图所示。P 型半导体中，空穴是多子，自由电子是少子。
2．PN结的单向导电性
（1）正向偏置
给PN结外加正向偏置电压，即P区接电源正极，N区接电 源负极，称PN结为正向偏置，如下图所示。
半导体的导电性ppt课件
太阳能电池板工作原理
太阳能电池板利用光电效应将太阳能转换为电能。当太阳光照射到电池板表面时 ，光子穿过减反射膜进入电池板内部，被PN结吸收并产生电流。随后，电流经 过金属电极流出电池板，供外部负载使用。
传感器中利用半导体性质实现功能介绍
温度传感器
利用半导体的温度敏感性质，可以制作出温度传感器。当温度变化时，半导体的电阻率或电压输出会发生变化， 从而实现对温度的测量。
三极管在集成电路中主要起到放大、开关等作用。通过控制三极管的基极电流 ，可以实现对集电极电流的控制，从而实现信号的放大和开关功能。
太阳能电池板中PN结应用探讨
PN结作用
在太阳能电池板中，PN结是实现光电转换的关键部分。当太阳光照射到PN结上 时，光子将能量传递给电子，使电子从价带跃迁到导带，从而产生电流。
迁移率
载流子在半导体中的迁移能力，影响半导体的导电性能。
温度对半导体性能影响
温度对载流子浓度影响
温度对电阻率影响
随着温度升高，半导体中载流子浓度 增加，导电性能提高。
半导体电阻率随温度变化而变化，表 现出明显的热敏特性。
温度对迁移率影响
随着温度升高，载流子迁移率降低， 导致半导体导电性能下降。
P型半导体和N型半
实验步骤和注意事项说明
01
注意事项
02
03
04
1. 电源电压应逐渐增加，避 免电流过大损坏半导体器件。
2. 在测量过程中要保持电路 的稳定性，避免外界干扰对实
验结果的影响。
3. 实验结束后要及时关闭电 源，拆除实验电路。
数据处理方法和结果分析讨论
01
02
数据处理方法：根据实 验记录的数据，绘制二 极管的伏安特性曲线和 三极管的放大倍数曲线 。通过曲线拟合等方法 ，可以得到半导体器件 的相关参数。
太阳能电池板利用光电效应将太阳能转换为电能。当太阳光照射到电池板表面时 ，光子穿过减反射膜进入电池板内部，被PN结吸收并产生电流。随后，电流经 过金属电极流出电池板，供外部负载使用。
传感器中利用半导体性质实现功能介绍
温度传感器
利用半导体的温度敏感性质，可以制作出温度传感器。当温度变化时，半导体的电阻率或电压输出会发生变化， 从而实现对温度的测量。
三极管在集成电路中主要起到放大、开关等作用。通过控制三极管的基极电流 ，可以实现对集电极电流的控制，从而实现信号的放大和开关功能。
太阳能电池板中PN结应用探讨
PN结作用
在太阳能电池板中，PN结是实现光电转换的关键部分。当太阳光照射到PN结上 时，光子将能量传递给电子，使电子从价带跃迁到导带，从而产生电流。
迁移率
载流子在半导体中的迁移能力，影响半导体的导电性能。
温度对半导体性能影响
温度对载流子浓度影响
温度对电阻率影响
随着温度升高，半导体中载流子浓度 增加，导电性能提高。
半导体电阻率随温度变化而变化，表 现出明显的热敏特性。
温度对迁移率影响
随着温度升高，载流子迁移率降低， 导致半导体导电性能下降。
P型半导体和N型半
实验步骤和注意事项说明
01
注意事项
02
03
04
1. 电源电压应逐渐增加，避 免电流过大损坏半导体器件。
2. 在测量过程中要保持电路 的稳定性，避免外界干扰对实
验结果的影响。
3. 实验结束后要及时关闭电 源，拆除实验电路。
数据处理方法和结果分析讨论
01
02
数据处理方法：根据实 验记录的数据，绘制二 极管的伏安特性曲线和 三极管的放大倍数曲线 。通过曲线拟合等方法 ，可以得到半导体器件 的相关参数。
《半导体材料》课件
解决策略
解决可靠性问题需要从材料的设计、制备、封装、测试等各个环节入手，加强质量控制和可靠性评估。
半导体材料的环境影响与可持续发展
环境影响
半导体材料的生产和使用过程中会对环境产生一定的影响，如能源消耗、废弃物处理等。
可持续发展
为了实现可持续发展，需要发展环保型的半导体材料和生产技术，降低能源消耗和废弃物排放，同时 加强废弃物的回收和再利用。
《半导体材料》ppt 课件
目录
CONTENTS
• 半导体材料简介 • 半导体材料的物理性质 • 常见半导体材料 • 半导体材料的制备与加工 • 半导体材料的发展趋势与挑战
01
半导体材料简介
半导体的定义与特性
总结词
半导体的导电能力介于导体和绝缘体 之间，其电阻率受温度、光照、电场 等因材料的制备技术
制备技术
为了获得高性能的半导体材料，需要 发展先进的制备技术。这包括化学气 相沉积、分子束外延、离子注入等。
技术挑战
制备技术面临的挑战是如何实现大规 模生产，同时保持材料的性能和均匀 性。
半导体材料的可靠性问题
可靠性问题
随着半导体材料的广泛应用，其可靠性问题越来越突出。这包括材料的稳定性、寿命、可靠性等方面的问题。
VS
电阻率
电阻率是衡量材料导电能力的物理量。半 导体的电阻率可以通过掺杂等方式进行调 控，从而实现对其导电性能的优化。
光吸收与发光特性
光吸收
半导体具有吸收光子的能力，当光子能量大于其能带间隙时，电子从价带跃迁至导带， 产生光电流。
发光特性
某些半导体在受到激发后可以发出特定波长的光，这一特性使得半导体在发光器件、激 光器等领域具有广泛应用。
离子束刻蚀
利用离子束对材料进行刻蚀，实现纳米级加工。
解决可靠性问题需要从材料的设计、制备、封装、测试等各个环节入手，加强质量控制和可靠性评估。
半导体材料的环境影响与可持续发展
环境影响
半导体材料的生产和使用过程中会对环境产生一定的影响，如能源消耗、废弃物处理等。
可持续发展
为了实现可持续发展，需要发展环保型的半导体材料和生产技术，降低能源消耗和废弃物排放，同时 加强废弃物的回收和再利用。
《半导体材料》ppt 课件
目录
CONTENTS
• 半导体材料简介 • 半导体材料的物理性质 • 常见半导体材料 • 半导体材料的制备与加工 • 半导体材料的发展趋势与挑战
01
半导体材料简介
半导体的定义与特性
总结词
半导体的导电能力介于导体和绝缘体 之间，其电阻率受温度、光照、电场 等因材料的制备技术
制备技术
为了获得高性能的半导体材料，需要 发展先进的制备技术。这包括化学气 相沉积、分子束外延、离子注入等。
技术挑战
制备技术面临的挑战是如何实现大规 模生产，同时保持材料的性能和均匀 性。
半导体材料的可靠性问题
可靠性问题
随着半导体材料的广泛应用，其可靠性问题越来越突出。这包括材料的稳定性、寿命、可靠性等方面的问题。
VS
电阻率
电阻率是衡量材料导电能力的物理量。半 导体的电阻率可以通过掺杂等方式进行调 控，从而实现对其导电性能的优化。
光吸收与发光特性
光吸收
半导体具有吸收光子的能力，当光子能量大于其能带间隙时，电子从价带跃迁至导带， 产生光电流。
发光特性
某些半导体在受到激发后可以发出特定波长的光，这一特性使得半导体在发光器件、激 光器等领域具有广泛应用。
离子束刻蚀
利用离子束对材料进行刻蚀，实现纳米级加工。
半导体基础知识答辩ppt课件
１.2.2 V—A特性曲线
实验曲线
i
锗
击穿电压UBR
(1) 正向特性 i
u
V
mA
(2) 反向特性
i u
V
uA
0
u
反向饱和电流
导通压降 硅：0.7 V
死区
电压
E
锗：0.3V
硅：0.5 V 锗： 0.1 V
E
(1)正向特性：
对应于图1-12曲线的第①段，为二极管伏特性的正向特 性部分。这时加在二极管两端的电压不大，从数值上看，只 有零点几伏，但此时流过二极管的电流却较大，即此时二极 管呈现的正向电阻较小。一般硅管正向导通压降约为0.6～ 0.7V, 锗管约为0.2～0.3V。
少子—电子
少子—空穴
少子浓度——本征激发产生，与温度有关 多子浓度——掺杂产生与，温度无关
1.2.1 PN结
1 . PN结的形成
PN结合 因多子浓度差 多子的扩散 空间电荷区
形成内电场 阻止多子扩散，促使少子漂移。 内电场E
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － －－
++ ++
正向电流
－ － －－
++ ++
内电场 E
EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。
动画演示
外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电 荷区
N
－ － －－
++ ++
电工电子全套课件-PPT
Ge
Si
4
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 相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶
体结构：
5
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
N 型半导体中
的载流子是什 么？
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。
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。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
15
二、P 型半导体
在硅或锗晶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取代， 硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的
由此可以得出结论：PN结具有单向 导电性。
26
6.3 半导体二极管
6.3.1基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
触丝线
PN结
引线 外壳线
基片
P
二极管的电路符号：
+
-
阳极
阴极
面接触型
N
27
6.3.2 伏安特性
I
死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V。
反向击穿 电压UBR
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
第6章 半导体器件
1
6-1 PN结及半导体二级管
6.1 半导体的导电特性
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。
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器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误 差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。
5.1 半导体的导电特性
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)。 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）。
5.2.2 伏安特性
特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
磷原子
在N 型半导体中自由电子 是多数载流子，空穴是少数
载流子。
5.1.2 N型半导体和 P 型半导体
Si
Si
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
动画 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。
对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和 正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器 件的目的在于应用。
学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况， 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近 似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结 果。
对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标， 就不要过分追究精确的数值。
P
内电场 外电场
N
–+
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
PN 结变宽
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
–+
N
动画
内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小， 反向电阻较大，PN结处于截止状态。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
2. 在杂质半导体中少子的数量与 b （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 b ，N 型半导体中的电流主要是 a 。
小，用于高频整流和开关电路中。
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片
阳极引线
阴极引线
( a ) 点接触型 外壳
铝合金小球 N 型硅
阳极引线
PN 结 金锑合金
底座
阳极引线 二氧化硅保护层
N型硅 阴极引线
( c ) 平面型
P 型硅
阳极 D 阴极
阴极引线
( d) 符号
( b) 面接触型
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
同时共价键中留下一个空
Si
空穴
Si
价电子
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）。
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 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。
动画
内电场被 削弱，多子 的扩散加强，
P IF
内电场 N
外电场
+–
形成较大的 扩散电流。
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
－ － － － － － + + + + + + 动画 －－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + +
浓度差 多子的扩散运动
形成空间电荷区
扩散的结果使
空间电荷区变宽。
扩散和漂移 这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度固定不变。
5.1.4 PN结的单向导电性
1. PN 结加正向电压（正向偏置） P接正、N接负
PN 结变窄
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
5.1.1 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。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
共价键中的两个电子，称为价电子。
自由电子 本征半导体的导电机理
价电子在获得一定能量
（温度升高或受光照）后，
Si
Si
即可挣脱原子核的束缚， 成为自由电子（带负电），
5.1.2 N型半导体和 P 型半导体
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
Si
pS+i
Si
多
掺杂后自由电子数目
余 大量增加，自由电子导电
电 成为这种半导体的主要导
子 电方式，称为电子半导体
动画 或N型半导体。
失去一个 电子变为 正离子
（a. 电子电流、b.空穴电流）
5.1.3 PN结的形成
内电场越强，漂移运
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动
动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。
P 型半导体
内电场 N 型半导体
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + 动画 － － － － － － + + + + + +
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
5.2 半导体二极管
5.2.1 基本结构
(a) 点接触型 结面积小、
结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。
(b)面接触型 结面积大、
正向电流大、 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。
(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可
5.1 半导体的导电特性
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)。 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）。
5.2.2 伏安特性
特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
磷原子
在N 型半导体中自由电子 是多数载流子，空穴是少数
载流子。
5.1.2 N型半导体和 P 型半导体
Si
Si
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
动画 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。
对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和 正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器 件的目的在于应用。
学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况， 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近 似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结 果。
对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标， 就不要过分追究精确的数值。
P
内电场 外电场
N
–+
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
PN 结变宽
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
–+
N
动画
内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小， 反向电阻较大，PN结处于截止状态。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
2. 在杂质半导体中少子的数量与 b （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 b ，N 型半导体中的电流主要是 a 。
小，用于高频整流和开关电路中。
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片
阳极引线
阴极引线
( a ) 点接触型 外壳
铝合金小球 N 型硅
阳极引线
PN 结 金锑合金
底座
阳极引线 二氧化硅保护层
N型硅 阴极引线
( c ) 平面型
P 型硅
阳极 D 阴极
阴极引线
( d) 符号
( b) 面接触型
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
同时共价键中留下一个空
Si
空穴
Si
价电子
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）。
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 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。
动画
内电场被 削弱，多子 的扩散加强，
P IF
内电场 N
外电场
+–
形成较大的 扩散电流。
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
－ － － － － － + + + + + + 动画 －－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + +
浓度差 多子的扩散运动
形成空间电荷区
扩散的结果使
空间电荷区变宽。
扩散和漂移 这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度固定不变。
5.1.4 PN结的单向导电性
1. PN 结加正向电压（正向偏置） P接正、N接负
PN 结变窄
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
5.1.1 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。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
共价键中的两个电子，称为价电子。
自由电子 本征半导体的导电机理
价电子在获得一定能量
（温度升高或受光照）后，
Si
Si
即可挣脱原子核的束缚， 成为自由电子（带负电），
5.1.2 N型半导体和 P 型半导体
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
Si
pS+i
Si
多
掺杂后自由电子数目
余 大量增加，自由电子导电
电 成为这种半导体的主要导
子 电方式，称为电子半导体
动画 或N型半导体。
失去一个 电子变为 正离子
（a. 电子电流、b.空穴电流）
5.1.3 PN结的形成
内电场越强，漂移运
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动
动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。
P 型半导体
内电场 N 型半导体
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + 动画 － － － － － － + + + + + +
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
5.2 半导体二极管
5.2.1 基本结构
(a) 点接触型 结面积小、
结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。
(b)面接触型 结面积大、
正向电流大、 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。
(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可