半导体的导电特性
半导体的特性
一、本征半导体的导电特性1.导体、绝缘体和半导体自然界中的物质从其电结构和导电性能上区分，可分为导体、绝缘体和半导体。
如金、银、铜、铝、铁等金属材料很容易导电，我们称它们为导休。
导体的电阻率小于10-6cm。
如陶瓷、云母、塑料、橡胶等物质很难导电，我们称它们为绝缘体。
绝缘体的电阻率大于108cm。
有一类物质，如硅、锗、硒、硼及其一部分化合物等，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，故称之为半导体。
半导体的电阻率在10-6～108之间。
众所周知，导体具有良好的导电性，绝缘体具有良好的绝缘性，它们都是很好的电工材料。
我们用导体制成电线，用绝缘体来防止电的浪费和保障安全。
而半导体却在很长时间被人们所不齿，因为它的导电性能不好，绝缘性能又差。
然而它的不公正待遇随着人们对它所产生的愈来愈浓厚的兴趣消失了，它终于登上了大雅之堂！这是为什么呢？这是因为它具有一些可以被人们所利用的奇妙特性。
半导体在不同情况下，导电能力会有很大差别，有时犹如导体。
在什么情况下呢？①掺杂：在纯净的半导体中适当地掺入极微量（百万分之一）的杂质，就可以引起其导电能力成百万倍的增加。
②温度：当温度稍有变化，半导体的导电能力就会有显著变化。
如温度稍有增高，半导体的电阻率就会显著减小。
同理光照也会影响半导体的导电能力。
2.本征半导体的原子结构本征半导体——非常纯净且原子排列整齐的半导体。
（纯度约为99.999999999%。
即杂质含量为10的9次方分之一。
）硅原子一14个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在三层电子轨道上。
锗原子一32个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在四层电子轨道上。
由于原子核带正电与电子电量相等，正常情况下原子呈中性。
由于内层电子受核的束缚较大，很少有离开运动轨道的可能。
所以它们和原子核一起组成惯性核。
外层电子受原子核的束缚较小。
叫做价电子。
硅、锗都有四个价电子，故都是四价元素，其简化图见电子课件。
第1章 半导体二极管和晶体管
型求出 IO 和 UO 的值。
+ UD -
解:
1、理想模型
UO = V = 6 V
E
IO = E / R = 6 / 6 = 1 (mA)
+
2 V ID
R UR
6KΩ
-
2、恒压降模型
UO = E – UD = 6 0.7 = 5.3 (V) IO = UO / R = 5.3 / 6 = 0.88 (mA)
反向击穿电压 I/mA 反向饱和电流
硅几 A
锗几十~几百 A UBR
硅管的温度稳
IS
O
U/V
定性比锗管好 反向 饱和电流
36
（二）极间电容
第三节、半导体二极管
C
1、PN结存在等效结电容
PN结中可存放电荷,相 当一个电容。
PN
+ ui –
R
– 2、对电路的影响：外加交流电源
+
时，当频率高时，容抗小，对PN
14
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
半导体
半导体半导体简介：顾名思义：常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）。
我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。
而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。
可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。
半导体定义：电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。
半导体室温时电阻率约在10E-5～10E7欧·米之间，温度升高时电阻率指数则减小。
半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。
有元素半导体，化合物半导体，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。
半导体材料：半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。
半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。
正是利用半导体材料的这些性质，才制造出功能多样的半导体器件。
半导体材料按化学成分和内部结构，大致可分为以下几类。
1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。
2.化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料，包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。
3.无定形半导体材料，用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料，分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。
4.有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到应用。
制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。
半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。
常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。
p型半导体和n型半导体导电能力
P型半导体和n型半导体导电能力半导体材料是一类在电子学领域中具有重要应用的材料，它具有介于导体和绝缘体之间的导电特性。
而p型半导体和n型半导体是半导体材料中的两种重要类型，它们的导电能力是半导体器件工作的关键。
本文将从p型半导体和n型半导体的导电能力特性入手，探讨它们在电子器件中的应用。
一、p型半导体的导电能力1. 杂质掺杂p型半导体是指在纯净的半导体材料中，由外加杂质掺入使其导电类型转变为正电荷载流子的半导体。
常用的杂质有铝（Al）、硼（B）等。
p型半导体的导电能力主要来源于由掺杂杂质形成的空穴（正电荷载流子）。
2. 导电特性由于p型半导体中的空穴为主导电载流子，因此其导电特性取决于空穴的迁移率和扩散率。
相比n型半导体而言，p型半导体的导电能力较弱，但在一些特定的电子器件中，p型半导体也具有重要的应用价值。
二、n型半导体的导电能力1. 杂质掺杂n型半导体是指在纯净的半导体材料中，由外加杂质掺入使其导电类型转变为负电荷载流子的半导体。
常用的杂质有磷（P）、砷（As）等。
n型半导体的导电能力主要来源于由掺杂杂质形成的自由电子（负电荷载流子）。
2. 导电特性由于n型半导体中的自由电子为主导电载流子，因此其导电特性取决于自由电子的迁移率和扩散率。
相比p型半导体而言，n型半导体的导电能力较强，因此在电子器件中得到广泛的应用。
三、p型半导体和n型半导体的应用1. 集成电路在集成电路中，p型半导体和n型半导体往往交替排列，形成复杂的电路结构。
通过p-n结的形成，可以实现整流、放大、开关等各种功能，为现代电子设备的发展提供了重要的支持。
2. 光电器件在光电器件中，p型半导体和n型半导体可以形成光电二极管、太阳能电池等器件，将光能转化为电能，具有广泛的应用前景。
3. 光电子器件光电子器件利用p型半导体和n型半导体的光电转换特性，实现光信号的检测、放大和处理，被广泛应用于通信、显示、医疗等领域。
p型半导体和n型半导体作为重要的半导体材料类型，其导电能力及应用具有重要的理论和实际意义。
半导体与PN结半导体材料与PN结的特性
半导体与PN结半导体材料与PN结的特性半导体与PN结：半导体材料与PN结的特性半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有在特定条件下能够导电的特性。
与导体相比，半导体的电导率较低，但比绝缘体高，这使得半导体在现代电子器件中发挥着重要的作用。
而PN结是半导体器件中最基本的组成部分之一，它由P型半导体和N型半导体的结合所形成。
本文将详细介绍半导体材料和PN结的特性。
一、半导体材料的特性半导体材料是由一些三价或五价元素构成的晶体结构。
根据元素的导电性质，半导体可分为N型和P型两种类型。
1. N型半导体N型半导体中，杂质原子被掺入半导体晶体中，这些杂质原子具有多余的电子，又称为施主原子。
施主原子释放出的自由电子增加了半导体中的载流子浓度，使其成为导电性质较好的材料。
2. P型半导体P型半导体中，杂质原子具有较少的电子，又称为受主原子。
受主原子缺少的电子形成了空穴，这些空穴能够传导电流，使P型半导体具有导电性能。
半导体的导电特性主要由两个载流子类型决定：自由电子和空穴。
通过对半导体材料进行掺杂可以调控载流子的浓度，从而控制半导体器件的电性能。
此外，半导体材料还具有热电效应、光电效应等特性，在电子学和光电子学领域有着广泛的应用。
二、PN结的特性PN结是由P型半导体和N型半导体通过扩散和结合形成的。
在PN结中，P区和N区形成了一个电势垒，这个电势垒对电子和空穴的运动具有一定的限制。
1. 电势垒PN结的P区和N区的杂质浓度不同，形成了一个P-N结的交界面。
在该交界面附近，由于杂质原子的离子化作用，P区中形成了正离子，N区中形成了负离子，从而在交界面上形成了电势差。
这个电势差形成了电势垒，限制着载流子的运动。
2. 正向偏置当外加电压的正极连接到P区，负极连接到N区时，电势垒的宽度会减小，使得载流子能够穿越过电势垒自由移动，形成电流。
这种情况下，PN结处于正向偏置状态。
正向偏置下的PN结具有导电性质。
3. 反向偏置当外加电压的正极连接到N区，负极连接到P区时，电势垒的宽度会增加，限制了载流子的运动。
半导体的导电特性
半导体
本征半导体 杂质半导体
P型半导体(空穴型） N型半导体（电子型）
常用半导体材料硅和锗的原子结构
价电子：最外层的电子受原子核的束缚最 小，最为活跃，故称之为价电子。 最外层有几个价电子就叫几价元素， 半导体材料硅和锗都是四价元素。
Si+14 2 8 4
Ge+32 2 8 18 4
2. 半导体的内部结构及导电方式：
一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
(1) 势垒电容CB
势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。 当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层 的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的 电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。
图 01.09 势垒电容示意图
(2) 扩散电容CD
扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧 面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散 到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形 成正向电流。刚扩散 过来的电子就堆积在P 区内紧靠PN结的附近， 形成一定的多子浓度 梯度。
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)
根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示
V
I IS (e VT 1)
式中IS 为反向饱和电流，V 为二极管两端的电压降 ，VT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数 ，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相 当T=300 K），则有VT=26 mV。
6-1 半导体的导电特性
6-1 半导体二极管半导体元器件是现代电子技术的重要组成部分，是构成各种电子电路的核心，常用的半导体元器件有二极管、晶体管、场效应管等。
半导体元器件由半导体材料制成，因此，学习电子技术应首先了解半导体材料的特性，这将有助于对半导体元器件的学习、掌握和应用。
6-1-1 半导体的导电特性1. 半导体的导电机理导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，这类材料大都是三、四、五价元素,主要有：硅、锗、磷、硼、砷、铟等，他们的电阻率在10-3～107欧.厘米。
绝对纯净的硅、锗、磷、砷、硼、铟叫做本征半导体。
（1）本征半导体及特点半导体材料的广泛应用，并不是因为它们的导电能力介于导体与绝缘体之间，而是它们具有一些重要特性：1）当半导体受到外界光和热的激发（本征激发）时，其导电能力发生显著的变化；2）若在本征半导体中加入微量的杂质（不同的本征半导体）后，其导电能力显著的增加；半导体的这些特点取决于这类物质的化学特性。
（2）半导体的共价键结构1)半导体的化合价物质的化学和物理性质都与物质的价电子数有密切的关系，半导体材料大都是三、四、五价元素。
硅、锗（四价）、磷、砷（五价）、硼、铟（三价）。
2)化学键物质化学键分离子键、共价键和金属键三种，半导体物质的化学键都属于共价键的晶体结构，同时它们的键长一般很长，故原子核对价电子的束缚力不象绝缘物质那样紧，当价电子获得一定的能量后，就容易挣脱原子核的束缚成为自由电子。
+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4可见半导体中的载流子有两种，即自由电子（●）和空穴(○)。
本征半导体的载流子是由本征激发而产生的，其自由电子与空穴是成对出现，即有一个自由电子，就一定有一个空穴，故称电子空穴对。
由于空穴带正电，容易吸引邻近的价电子来填补，从而形成了共有价电子的运动，这种运动无论从效果上，还是从现象上，都好象一个带正电的空穴在移动，它不同于自由电子的运动，故称之为空穴运动。
物质的导电是靠物体内带电粒子的移动而实现的，这种粒子称作载流子。
能带间距与半导体材料的导电特性
能带间距与半导体材料的导电特性在当代科技领域中，半导体材料的导电特性是一个非常重要的课题。
这些特性直接影响到半导体材料的应用范围和性能。
而在研究半导体材料导电特性过程中，一个关键因素就是材料的能带间距。
能带间距是指能量带之间的间隔，对于半导体材料来说，它决定了材料的导电性质。
在半导体中，常见的能带有价带和导带。
价带是指电子的能量状态，当电子在价带中时，它们处于稳定状态，不会参与导电。
而导带则是指电子可以在其中自由移动的状态，当电子跃迁到导带时，它们就可以参与导电。
能带间距的大小直接影响到半导体材料的导电性能。
一般来说，能带间距越小，半导体材料的导电性就越好。
这是因为当能带间距较小时，电子跃迁到导带的能量相对较低，电子更容易参与导电。
在这种情况下，半导体材料可以显示出较高的导电性能。
然而，对于一些特殊的半导体材料，如绝缘体，能带间距较大，导电性很差。
这是因为能带间距较大时，电子要跃迁到导带需要较高的能量，电子的能量通常无法达到这个能级，因此导电性极低。
绝缘体在电子学器件中广泛应用，如绝缘体的绝缘特性可以用于制备高性能的绝缘体晶体管。
除能带间距外，半导体材料的导电性还受其他因素的影响。
在纯净的半导体材料中，电子和空穴的浓度会对导电性产生影响。
电子浓度越高，半导体的导电性就越好。
同样地，空穴浓度较高也会导致较好的导电性能。
这是因为电子和空穴是参与电导的主要载流子，浓度越高，导电性越强。
此外，温度也会对半导体材料的导电性产生影响。
在常温下，半导体材料的导电性较差，但是随着温度的升高，导电性逐渐增强。
这是因为温度升高会激发更多的载流子，增加了导电性。
然而，当温度达到一定程度后，材料内的载流子又会遭遇散射，导致导电性下降。
总之，半导体材料的导电性质与能带间距密切相关。
能带间距越小，半导体材料的导电性越好。
然而，除了能带间距之外，电子浓度、空穴浓度和温度等因素也会影响到半导体材料的导电性。
这些因素的相互作用使得半导体材料的导电特性非常复杂，对于科学家们来说，研究和理解这些特性是非常具有挑战性的。
半导体指的是什么
半导体的定义和特性
半导体是一种电子导体，介于导体和绝缘体之间。
它具有导电性能介于金属和绝缘体之间，其特性使其在电子学领域中具有重要作用。
物理特性
半导体的导电性介于导体和绝缘体之间的主要原因是它的能带结构。
在半导体中，带隙是指电子在价带和导带之间跃迁所需要的最小能量。
当这个能隙很小时，半导体就会更容易地导电，因为较小的能量就足够让电子跃迁到导带中。
此外，半导体的导电性质还取决于掺杂。
掺杂是指在半导体中加入少量其他元素，通过掺杂可以改变半导体的导电性能。
掺杂分为N型和P型，N型半导体中掺入的杂质是能够提供额外自由电子的元素，而P型半导体中掺入的杂质则是能够提供额外空穴的元素。
应用领域
半导体在现代电子学中应用广泛。
例如，半导体器件如二极管、场效应晶体管和集成电路是电子设备的关键组成部分。
二极管可以实现电流的单向导通，场效应晶体管可以控制电流，而集成电路则将多个器件集成到一块芯片上，实现了更高的集成度和更大的功能。
此外，半导体在光电子学领域也有重要应用。
例如，LED（发光二极管）利用半导体材料电子跃迁产生光，广泛应用于照明、显示和通信等领域。
结语
总的来说，半导体是一种在电子学领域中至关重要的材料，其特性使其成为现代电子设备的核心组件之一。
通过对半导体的深入研究和应用，我们可以不断推动电子技术的发展，实现更多创新和应用。
半导体的特性
半导体的特性大家知道：半导体的导电性能比导体差而比绝缘体强。
实际上，半导体与导体、绝缘体的区别在不仅在于导电能力的不同，更重要的是半导体具有独特的性能（特性）。
1．在纯净的半导体中适当地掺入一定种类的极微量的杂质，半导体的导电性能就会成百万倍的增加—-这是半导体最显著、最突出的特性。
例如，晶体管就是利用这种特性制成的。
2．当环境温度升高一些时，半导体的导电能力就显著地增加；当环境温度下降一些时，半导体的导电能力就显著地下降。
这种特性称为“热敏”，热敏电阻就是利用半导体的这种特性制成的。
3．当有光线照射在某些半导体时，这些半导体就像导体一样，导电能力很强；当没有光线照射时，这些半导体就像绝缘体一样不导电，这种特性称为“光敏”。
例如，用作自动化控制用的“光电二极管”、“光电三极管”和光敏电阻等，就是利用半导体的光敏特性制成的。
由此可见，温度和光照对晶体管的影响很大。
因此，晶体管不能放在高温和强烈的光照环境中。
在晶体管表面涂上一层黑漆也是为了防止光照对它的影响。
最后，明确一个基本概验：所谓半导体材料，是一种晶体结构的材料，故“半导体”又叫“晶体”一个PN结构成晶体二极管P性半导体和N型半导体----前面讲过，在纯净的半导体中加入一定类型的微量杂质，能使半导体的导电能力成百万倍的增加。
加入了杂质的半导体可以分为两种类型：一种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产生大量的带负电荷的自由电子，这种半导体叫做“N型半导体”（也叫“电子型半导体”）；另一种杂质加到半导体中后，会产生大量带正电荷的“空穴”，这种半导体叫“P型半导体”（也叫“空穴型半导体”）。
例如，在纯净的半导体锗中，加入微量的杂质锑，就能形成N型半导体。
同样，如果在纯净的锗中，加入微量的杂质铟，就形成P型半导体。
一个PN结构成晶体二极管----设法把P型半导体（有大量的带正电荷的空穴）和N型半导体（有大量的带负电荷的自由电子）结合在一起，见图1所示。
半导体的导电特性
半导体的导电特性根据物质的导电能力可分为导体、半导体和绝缘体三大类，顾名思义半导体的导电能力介于导体绝缘体之间。
硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。
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)。
1．本征半导体本征半导体：完全纯净的、不含其它杂质的半导体通称本征半导体。
用得最多的是硅和锗，图1所示是硅和锗的原子结构图，它们都是四价元素，在原子的最外层轨道上都有四个价电子。
(a) 锗Ge (b) 硅Si图1 硅和锗的原子结构在本征半导体中，每个原子的一个价电子与另一原子的一个价电子组成一个电子对，并且对两个原子所共有，因此称为共价键。
由共价键结构形成的半导体其原子排列都比较整齐，形成晶体结构，因此半导体又称为晶体，如图2所示。
图2 晶体中原子的排列方式本征半导体的导电机理在本正半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合，每一个原子的一个价电子与另一个原子的一个价电子组成一个电子对。
这对价电子是每两个相邻原子共有的，它们把相邻原子结合在一起，构成所谓的共价键结构，如图3所示。
图3 硅单晶中的共价键结构在共价键结构的晶体中，每个原子的最外层都有八个价电子，因此都处于比较稳定的状态。
只有当共价键中的电子获得一定能量（环境温度升高或受到光照射）后，价电子方可挣脱原子核的束缚成为自由电子，并且在共价键中留下一个空位，称为空穴。
如图4所示。
图4 空穴和自由电子的形成在一般情况下，本征半导体中自由电子和空穴的数量都比较少，其导电能力很低。
由于本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，因此在一定温度下，它们的产生和复合将达到动态平衡，使自由电子和空穴维持在一定数目上。
半导体基础知识
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
电子器件所用的半导体具有晶体结构，因 此把半导体也称为晶体。
2、半导体的导电特性
1）热敏性 与温度有关。温度升高，导电能力增强。 2）光敏性 与光照强弱有关。光照强，导电能力增强 3）掺杂性 加入适当杂质，导电能力显著增强。
图 二极管的结构示意图 (a)点接触型
(2) 面接触型二极管—
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。
(b)面接触型
(3) 平面型二极管—
(c)平面型 图 二极管的结构示意图
2、分类
1）按材料分：硅管和锗管 2）按结构分：点接触和面接触 3）按用途分：检波、整流…… 4）按频率分：高频和低频
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动 (浓度差产生)
阻挡多子扩散
2）内电场的形成及其作用{ 促进少子漂移 漂移运动
P型半导体
、所以扩散和 移这一对相反－ － － － － － 运动最终达到 衡，相当于两－ － － － － － 区之间没有电－ － － － － － 运动，空间电 区的厚度固定－ － － － － － 变。
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。
半导体的导电特性
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）。
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。
共价键中的两个电子，称为价电子。
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，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）。
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。
半导体物质与PN结的特性
半导体物质与PN结的特性半导体物质在现代电子技术中起着重要的作用。
其中一种常见的半导体结构是PN结，它由N型（带有过量电子）和P型（带有过量空穴）半导体材料组成。
本文将探讨半导体物质与PN结的特性，包括PN结的结构、导电特性和应用。
一、半导体物质的基本特性半导体物质是介于导体和绝缘体之间的材料，它的导电性能受温度、杂质和电场的影响。
晶体结构是半导体物质具有特殊性能的重要原因。
晶体中的原子排列有序，形成能带结构，包括价带和导带。
在常温下，带有价电子的价带处于填满状态，而导带是空的。
半导体物质通过激发或适当的能量输入，可以使价带中的电子跃迁到导带，形成电子-空穴对。
二、PN结的结构PN结是由N型半导体和P型半导体材料连接而成的。
N型半导体具有过量的自由电子，而P型半导体则具有过量的空穴。
当N型和P型半导体相接触时，由于自由电子和空穴的扩散效应，会形成一个空间电荷区域，称为耗尽层。
耗尽层中，正负离子之间的电场形成一个电势差，称为内建电势。
PN结的结构使得电子从N区向P区移动，形成电流。
三、PN结的导电特性PN结具有独特的导电特性，其中包括正向偏置和反向偏置。
1. 正向偏置正向偏置是指在PN结上加正电压，使得电流方向与结的方向相同。
在正向偏置下，导电主要依靠自由电子从N区向P区的移动以及空穴从P区向N区的移动。
这种导电方式称为扩散导电。
2. 反向偏置反向偏置是指在PN结上加负电压，使得电流方向与结的方向相反。
在反向偏置下，由于内建电势的作用，耗尽层更加宽阔，从而阻止了电子和空穴的自由移动。
这种状态下，PN结的导电特性非常弱，几乎没有电流通过，称为截止状态。
四、PN结的应用PN结在电子技术中有广泛的应用，包括二极管、晶体管和光电器件等。
1. 二极管二极管是由一个PN结构组成，具有正向导电和反向隔绝的特性。
它可以将交流电信号转换为直流电信号，广泛应用于电源供电、信号检测和电路保护等方面。
2. 晶体管晶体管是由多个PN结构组成的半导体器件，具有放大和开关功能。
半导体五大特性
半导体五大特性∶电阻率特性，导电特性，光电特性，负的电阻率温度特性，整流特性。
★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。
★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。
晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。
共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。
自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。
空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。
空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。
本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。
自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。
载流子：运载电荷的粒子称为载流子。
导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。
本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。
复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。
动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。
当温度升高时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也随之增多（即载流子的浓度升高），导电性能增强；当温度降低，则载流子的浓度降低，导电性能变差。
结论：本征半导体的导电性能与温度有关。
半导体材料性能对温度的敏感性，可制作热敏和光敏器件，又造成半导体器件温度稳定性差的原因。
杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。
半导体导电特性解读
简单的电子技术基础刘海军摘编一、课程背景：电子技术的发展十分迅速，应用非常广泛，现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系。
因此，电子技术是一门重要课程。
为他们将来涉及到电的知识打基础；也为他们自学、深造、拓宽和创新打下基础。
二、课程目标：1、了解模拟电路构成的最基本元件，特性及工作原理。
2、了解集成电路的特点和两种整流电路。
3、了解两种振荡电路及调制方式。
4、了解无线电广播与接收的简单知识。
5、培养学生学习物理的兴趣，用物理知识解决实际问题的能力，热爱生活的情操。
三、教学方式：讲座、讨论、探究（观看教学片、维修店调查、信息采集整理等）四、课程安排：1、时间：每周一课时，共9课时2、对象：全校各年级五、课程内容：向运动形成较大的电流。
因而导体的电阻率很小，只有作用也不会形成电流，所以，绝缘体的电阻率很大，在纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为（如磷）后，其电阻率急剧下降为，几乎降低了一百万倍。
半导体具有这种性能的根（按一定规则整齐地排列着的晶体。
非常纯净的单晶半导体称为半导体锗和硅都是四价元素，其原子结构示意图如图个电子，带结其符表室一、半波整流电路半波整流电路如图Z0702所示。
它由电源变压器T r整流二极管D和负载电阻RL组成，变压器的初级接交流电源，次级所感应的交流电压为其中U2m为次级电压的峰值，U2为有效值。
电路的工作过程是：在u2的正半周（ωt = 0~π），二极管因加正向偏压而导通，有电流i L流过负载电阻R L。
由于将二极管看作理想器件，故R L上的电压u L与u2的正半周电压基本相同。
在u2的负半周（ωt =π~2π），二极管D因加反向电压而截止，R L 上无电流流过，R L 上的电压u L = 0。
可画出整流波形如图I0702所示。
可见，由于二极管的单向导电作用，使流过负载电阻的电流为脉动电流，电压也为一单向脉动电压，其电压的平均值（输出直流分量）为GS0701流过负载的平均电流为GS0702流过二极管D的平均电流（即正向电流）为GS0703加在二极管两端的最高反向电压为GS0704 。
半导体的导电特性
半导体的导电特性半导体是一种介于导体和绝缘体之间的物质。
它的导电特性与其他材料有所不同，因此对于理解和应用半导体的各种电子器件至关重要。
本文将深入探讨半导体的导电特性，包括本征导电、掺杂与载流子浓度、载流子迁移率以及PN结的导电特性等。
1. 本征导电半导体材料的本征导电是指在纯净无杂质状态下，通过自由载流子实现的导电现象。
半导体晶体中的自由电子和空穴是通过热激发或光激发的方式生成的。
具体而言，半导体中的自由电子主要来自于价带的电子跃迁，而空穴则是通过连带效应产生的。
在本征导电状态下，半导体的导电能力较弱。
2. 掺杂与载流子浓度为了提高半导体的导电性能，常常会对其进行掺杂。
掺杂是向半导体中加入少量杂质原子，以改变半导体的导电特性。
根据掺杂杂质的电性，可以将掺杂分为N型和P型两种。
N型半导体中掺入少量五价元素，如磷或砷，这些杂质原子提供了额外的自由电子，因此N型半导体中的导电能力增强。
P型半导体中掺入少量三价元素，如硼或铝，这些杂质原子提供了额外的空穴，因此P型半导体中的导电能力提高。
掺杂后的半导体中，载流子浓度变得非常高，因为掺杂引入了大量的自由电子或空穴。
这种载流子浓度的增加极大地改善了半导体的导电性能。
3. 载流子迁移率除了载流子浓度，载流子的迁移率也是决定半导体导电特性的重要因素之一。
载流子迁移率指的是自由载流子在半导体中运动时的移动速度。
迁移率取决于材料的特性以及杂质的种类和浓度。
在半导体晶体结构中，载流子的运动受到晶格缺陷、杂质和温度等因素的影响。
晶格缺陷会散射载流子，从而降低其迁移率。
而杂质的种类和浓度也会影响载流子的迁移率，高浓度的杂质会增加散射，降低迁移率。
此外，温度的升高也会导致晶格振动增加，进而增加自由载流子的散射，降低迁移率。
4. PN结的导电特性PN结是半导体中最基本的器件之一，其导电特性在电子学和光电子学领域有广泛应用。
PN结由N型半导体和P型半导体通过正向或反向偏置连接而成。
电工电子技术第八章 半导体二极管及整流电路
4.分析、应用举例
二极管的应用范围很广,它可用与整流、检波、限幅、 元件保护以及在数字电路中作为开关元件。
二极管为非线性元件在分析计算时和以往线性元 件不同下面我们以例子说明。
例1. 试求下列电路中的电流。（二极管为硅管）
C
D2
u2
S RL u0
t
u0
充电结束
整流电路为电
容充电
t
2.电容滤波电路的特点
（1）近似估算:半波Uo=U2，全波Uo=1.2U2。 (2) 输出电压U0与时间常数RLC有关，希望C足够大。
RLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大， 一般取τ d RLC (3 5) T (T:电源电压的周期)
+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
结论
1.本征半导体中存在数量相等的两种载流 子，即自由电子和空穴。
2.本征半导体的导电能力取决于载流子 的浓度。
3.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。
A VDA
VY=3–0.3=2.7V
B
VDA导通后, VDB因反偏而截止,
VDB
Y
R
起隔离作用, VDA起钳位作用,
–12V
将Y端的电位钳制在+2.7V。
二极管导通后，管子上的管压降基本恒定。
电子课件电子技术基础第六版第一章半导体二极管
当反向电压增加到反向击穿电压 UBR 时，反向电流会急 剧增大，这种现象称为“反向击穿”。反向击穿会破坏二极管 的单向导电性，如果没有限流措施，二极管很可能因电流过 大而损坏。
无论硅管还是锗管，即使工作在最大允许电流下，二极管 两端的电压降一般也都在 0.7 V 以下，这是由二极管的特殊 结构所决定的。所以，在使用二极管时，电路中应该串联限 流电阻，以免因电流过大而损坏二极管。
§1-1 半导体的基本知识 §1-2 半导体二极管
§1-1 半导体的基本知识
学习目标
1. 了解半导体的导电特性。 2. 理解 PN 结正偏、反偏的含义。 3. 掌握 PN 结的单向导电性。
一、半导体的导电特性
物质按导电能力强弱不同可分为导体、半导体和绝缘体三 大类。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。目前，制 造半导体器件用得最多的是硅和锗两种材料。由于硅和锗是 原子规则排列的单晶体，因此用半导体材料制成的半导体管 属于晶体管。
半导体具有不同于导体和绝缘体的导电特性，见表。
半导体的导电特性
纯净的半导体称为本征半导体，它的导电能力是很弱的。 利用半导体的掺杂特性，可制成 P 型和 N 型两种杂质半导体 。
二、PN 结及其单向导电性
1. PN 结 用特殊的工艺使 P 型半导体和 N 型半导体结合在一起，就会在交界处 形成一个特殊薄层，该薄层称为“PN 结”，如图所示。PN 结是制造半导体 二极管、半导体三极管、场效应晶体 管等各种半导体器件的基础。
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。
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3. 三极管内部载流子的运动规律
IC = ICE+ICBO ICE
C IC
IB = IBE- ICBO IBE
ICE 与 IBE 之比称为共
发射极电流放大倍数
IB ICBO ICE
N
P EC
B
ICE IC ICBO IC
IBE IB ICBO IB
－－－ － －－ + + + + + +
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。
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
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
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），
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。
3. 反向峰值电流IRM
指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反 向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的 影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小， 锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。
二极管的单向导电性
1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴 极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正 向电阻较小，正向电流较大。
结论:
1）三电极电流关系 IE = IB + IC
2） IC IB ， IC IE
3） IC IB
把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变
化的特性称为晶体管的电流放大作用。
实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的
变化，是CCCS器件。
3.三极管内部载流子的运动规律
（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 － － － － － － + + + + + +
参考点
整流、检波、
限幅、钳位、开
关、元件保护、
t 温度补偿等。
二极管阴极电位为 8 V ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui 动画
5.3 半导体三极管
5.3.1 基本结构
NPN型
PNP型
集电极
发射极 集电极
发射极
C NP N E
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 。
U
死区电压
硅管0.5V, 锗管0.1V。
外加电压大于死区 电压二极管才能导通。
5.2.3 主要参数
1.二最极大管整长流期电使流用I时OM，允许流过二极管的最大正向 平均电流。
2. 反向工作峰值电压URWM 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，
一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。 二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。
例1： D
A +
3k
6V
UAB
12V
–
B
电路如图，求：UAB
取 B 点作参考点， 断开二极管，分析二 极管阳极和阴极的电 位。
V阳 =－6 V V阴 =－12 V V阳>V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 否则， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V
若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V
流过
D2
的电流为
ID2
12 3
D1承受反向电压为－6 V
4mA
在这里， D2 起 钳位作用， D1起 隔离作用。
例3：
+ ui –
R
D 8V
ui
18V 8V
+ uo
–
已知：ui 18sin t V
二极管是理想的，试画 出 uo 波形。
二极管的用途：
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。
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。
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，
反向截止时二极管相当于断开。
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。
若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通
若 V阳பைடு நூலகம்<V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
从电位的角度看：
C
发射结正偏 集电结反偏
发射结正偏 集电结反偏
NPN VB>VE VC>VB
PNP VB<VE VC<VB
N
B
P
RC
N RB
E EB
EC
2. 各电极电流关系及电流放大作用
IB(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
IC(mA) <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95 IE(mA) <0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
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
2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴 极接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反 向电阻较大，反向电流很小。
3. 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。
4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反 向电流愈大。
二极管电路分析举例
定性分析：判断二极管的工作状态
导通 截止
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
－－－ － －－ + + + + + +
( b) 面接触型
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
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。