1.1半导体的主要特征

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模拟电子技术基础
1.1.2N型半导体和P型半导体
在本征半导体硅或锗中掺入微量的其它适当元 素后所形成的半导体
根据掺杂的不同，杂质半导体分为
N型导体 P型导体
(1) N型半导体
掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体
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掺入少量五价杂质元素磷
P
+4
+4
+4
可见， PN 结具有单向导电性。
）
44
第一课 电阻元件 电感元件 电容元件
1.1.4具有特殊性能的半导体器件
敏感电阻是指那些电阻特性对外界温度、电压、 机械力、亮度、湿度、磁通密度、气体浓度等物理 量反映敏感的电阻元件。
它们常用于检测和控制相应物理量的装置中， 是自动检测和自动控制中不可缺少的组成部分。
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PN 结的单向导电性
PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加
剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，PN结处于导通 状态。
P必N要结吗加？反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，
有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。
电子型半导体。
f. 因掺入的杂质给出电子，又称之为施主杂质。
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(2) P型半导体
+4
+4
+4
B
+4
+4
+4
+4
+4
+4
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼等。
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+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+B4
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+4
2
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原子结构示意图
+14 Si
284
+32 Ge
2 8 18 4
+4
硅、锗原子 硅原子结构示意图 锗原子结构示意图 的简化模型
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1. 本征半导体
本征半导体就是完全纯净的半导体
立体结构
平面结构
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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PN 结的形成
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动。
漂移运动
因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。
参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态 平衡，就形成了PN结。
主要用于测磁场强度、磁卡文字识别、磁电编码、交 直流变换。
其符号为：
×
压敏电阻在电子和电气线路中得到较多的应用，主要用 于过压保护和用来作为稳压元件。
其符号为：
V
第一课 电阻元件 电感元件 电容元件
D. 磁敏电阻（MC）
磁敏电阻器是采用砷化铟或锑化铟等材料，根据半导 体的磁阻效应制成的，阻值随穿过它的磁通量增大而增大。 它是一种对磁场敏感的半导体元件，可以将磁感应信号转 变为电信号。
温度T一定时
空穴浓度（np)=电子浓度(nn) np× nn=K(T)
K(T) —— 与温度有关的常数
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U
在
+4
外
电
场
作
+4
用
下
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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U +4
+4
+4
电
+4
+4
子
运
动
形
+4
+4
成
电
子
电
+4
+4
流
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+4
+4
出
现
了
一
百度文库+4
+4
+4
个
空
位
+4
+4
B
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+4
+4
+4
空穴
+4
+4
+4
负离子
+4
+4
B
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半导体中产生了大量的空穴和负离子 - -- --- -- --- -- --- -- --- -- --- -- ---
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成了一个特殊的薄层，称为 PN 结。
一、PN 结的形成
P
PN结
N
图 PN 结的形成
38
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。
P区空穴 浓度远高 于N区。
N区自由电 子浓度远高
于P区。
扩散运动
扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，产生内电场。
其符号为：
第一课 电阻元件 电感元件 电容元件
C. 压敏电阻（MY）
压敏电阻是以氧化锌为主要材料制成的半导体陶瓷元件， 电阻值随加在两端电压的变化按非线性特性变化。当加到两 端电压不超过某一特定值时，呈高阻抗，流过压敏电阻的电 流很小，相当于开路。当电压超过某一值时，其电阻急骤减 小，流过电阻的电流急剧增大。
+4 +4 +4
+4
+4
共价键
+4
+4
价电子
+4
+4
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本
征
+4
半
导
体
受
+4
热
或
光
照 +4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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本
征
+4
激
发
产
生
+4
电
子
和
空
穴
+4
+4
+4
自由电子
+4
+4
+4
+4
空穴
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模拟电子技术基础
+4
+4
+4
电子空穴 成对产生
按输入、输出关系，敏感电阻器可分为“缓变 型”和“突变型”两种。
第一课 电阻元件 电感元件 电容元件
A. 热敏电阻
热敏电阻通常由单晶或多晶等半导体材料构成，是以钛 酸钡为主要原料，辅以微量的锶、钛、铝等化合物加工制成 的。它是一种电阻值随温度变化的电阻，可分为阻值随温度 升高而减小的负温度系数热敏电阻（MF）和阻值随温度升 高而升高的正温度系数热敏电阻（MZ），有缓变型和突变 型。
U
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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模拟电子技术基础
U
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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模拟电子技术基础
U
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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模拟电子技术基础
U
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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模拟电子技术基础
U +4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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模拟电子技术基础
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+P4
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+4
+4
+4
多出
一个
电子
+4
+4
+4
出现
了一
个正
+4
+4
P
离子
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半导体中产生了大量的自由电子和正离子 + ++ +++ + ++ +++ + ++ +++ + ++ +++ + ++ +++ + ++ +++
主要用于温度测量，温度控制（电磁灶控温），火灾 报警，气象探空，微波和激光功率测量，在收音机中作温度 补偿，在电视机中作消磁限流电阻。
其符号为：
θ
第一课 电阻元件 电感元件 电容元件
B. 光敏电阻（MG）
光敏电阻是将对光敏感的材料涂在玻璃上，引出电极制 成的。根据材料不同，可制成对某一光源敏感的光敏电阻。
f. 因掺入的杂质接受电子，故称之为受主杂质。
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杂质半导体的转型 当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可 将N型转为P型； 当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可 将P型转为N型。
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说明：
1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。
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扩散与漂移的动态平衡 扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；
随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；
当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等 于零，空间电荷区的宽度达到稳定。
即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。
P
N
对称结
不对称结
42
P
耗尽层
1.1 半导体的主要特征
1.1.1 本征半导体
一、导体、半导体和绝缘体
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。
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。
动画33
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小结 a. P型半导体是在本征半导体中掺入少量的三价
杂质元素形成的。 b. P型半导体产生大量的空穴和负离子。 c. 空穴是多数载流子,电子是少数载流子。 d. np× nn=K(T) e. 因空穴带正电，称这种半导体为P(positive)型或
空穴型半导体。
2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。
3. 杂质半导体总体上保持电中性。
4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
图 杂质半导体的的简化表示法
37
1.1.3 PN结及其单向导电性
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，
另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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模拟电子技术基础
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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模拟电子技术基础
+4
+4
+4
+4
电子空穴 复合，成 对消失
+4
+4
+4
+4
+4
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模拟电子技术基础
动画10
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模拟电子技术基础
小结 本征激发使空穴和自由电子成对产生。 相遇复合时，又成对消失。
它是利用半导体光敏效应制成的一种元件。电阻值随入 射光线的强弱而变化，光线越强，电阻越小。无光照射时， 呈现高阻抗，阻值可达1.5MΩ以上；有光照射时，材料激发 出自由电子和空穴，其电阻值减小，随着光强度的增加，阻 值可小至1kΩ以下。
如：可见光敏电阻，主要材料是硫化镉，应用于光电控 制。红外光敏电阻，主要材料是硫化铅，应用于导弹、卫星 监测。
N
IS
内电场方向
外电场方向
V
R
图 1.1.7 PN 结加反相电压时截止
反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感， 随着温度升高， IS 将急剧增大。
43
综上所述： 当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大
的正向电流， PN 结处于 导通状态； 当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常
小，几乎等于零， PN 结处于截止状态。
+4
+4
+4
价电子填
补空穴而
使空穴移
动，形成
+4
+4
空穴电流
+4
+4
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动画19
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小结 (1) 在半导体中有两种载流子
带负电的自由电子 带正电的空穴
这就是半导体和金属导电原理的 本质区别
(2) 本征半导体的特点 a. 电阻率大 b. 导电性能随温度变化大 本征半导体不能在半导体器件中直接使用
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动画26
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小结 a. N型半导体是在本征半导体中掺入少量五价杂质
元素形成的。
b. N型半导体中产生了大量的(自由）电子和正离子。 c. 电子是多数载流子，简称多子;空穴是少数载流
子，简称少子。 d. np× nn=K(T) e. 因电子带负电，称这种半导体为N(negative)型或