电工学08(第十五章半导体二极管和三极管)

是呈正电性的载
流子，其定向运
动的方向与自由
电子相反，所形
成的电流称为空
整理ppt
穴电流。 9
本征半导体的特点：
1、半导体有两种载流子： 自由电子和空穴
2、自由电子和空穴总是成对出现，同时又不 断相遇“复合”。
3、在一定温度下，电子空穴对的产生和复合 达到动态平衡，于是半导体中的载流子数 目便维持一定。
硅 的 载 流 子 密 度 ： 1 . 5 × 1 0 1 0 个 / c m 3 ⁀半
导
锗 的 载 流 子 密 度 ： 2 . 5 × 1 0 1 3 个 / c m 3 体
‿
绝 缘 体 载 流 子 密 度 ： 整理近 ppt 似 等 于 零 3
由于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。
2、有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如 橡皮、陶瓷、塑料和石英。
3、导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，
称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、
氧化物等。
整理ppt
2
一种物质的导电性能取决于它的载流子 密度（浓度）。
载流子密度（浓度）举例：
原 子 密 度 ： 1 0 2 3 个 / c m 3
铜 的 载 流 子 密 度 ： 5 × 1 0 2 2 个 / c m 3 （导体）
整理ppt
21
§ 15 – 3 半导体二极管
一、基本结构 PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
电
P
温下束缚电子很难脱离
+4
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
共价键 共 很弱。
用电子对
整理ppt
6
3。本征半导体的导电机理
在绝对零度（T= 0 K）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，它的导电能力为0。
在常温下，由于热激发，使一些价电子
电阻率为： 2 1 0 3Ω m 减 小 至 4 1 0 - 3Ω m
可见，掺杂大大提高了半导体的导电能力，
同时也导致杂质半导体整理的ppt产生！
11
1、N型半导体
本征半导体中掺五价元素
+4 +5
磷原子
特点：
（1）掺杂浓度远大于本征半导
+4
体中载流子浓度 。
（2）自由电子浓度远大于空穴
+4
浓度。
第十五章 半导体二极管和三极管
§ 15 – 1 半导体的导电特性 § 15 – 2 PN结 § 15 – 3 半导体二极管 § 15 – 4 稳压管 § 15 – 5 半导体三极管
整理ppt
1
§15 – 1 半导体的导电特性
一、 导体、半导体和绝缘体
1、很容易导电的物质称为导体，金属一般 都是导体。
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。自由电子和空穴都可以参与导电，
通称载流子。
整理ppt
7
自由电子在外电场的作用下，在晶格点阵 中定向运动，形成电子电流。
本 征 半 导 体 的 导 电 机 理
整理ppt
8
空穴导电：空穴吸引邻近价电子来填补，这样
的结果相当于空穴的迁移，因此可以认为空穴
整理ppt
19
外电场加强内电场，空间电荷区变宽。 有利于少子的漂移，扩散很难，形成微弱反向（漂移） 电流，此时PN结呈高反向电阻。 电场强度一定时，反向电流只随温度变化。
内电场
反
向
截
外电场
止
整理ppt
20
结论
PN结的单向导电性为：
PN结加正向偏置时，导通，正向电流很大， 正向电阻很小；
PN结加反向偏置时，截止，反向电流很小， 反向电阻很大。
2、
P型半导体
多数载流子 空穴
少数载流子 电子
N型半导体 自由电子
空穴
3、多数载流子的数目取决于掺杂浓度，少数载流子 的数目取决于温度。
4、无论P型半导体或N型半导体，就其整体而言，正
负电荷平衡仍为电中性。
整理ppt
14
§15 – 2 P N 结
一、 PN 结的形成 空间电荷区形成内电场
整理ppt
例如，当受外界热和光的作用时，它的导 电能力将明显变化——热激发。
又例如，往纯净的半导体中掺入某些杂质，
会使它的载流子数量大大的增加，半导体的导电
能力也大大的改变——掺杂。而掺杂可大大增加
导电率正是半导体能制成各种电子器件的基础。
整理ppt
4
二、 本征半导体
1。要点：
（1）通过一定的工艺过程，可以将半 导体制成晶体。
（2）完全纯净的（单一元素组成的）、 结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。
（3）在硅和锗晶体中，原子按四角形
系统组成，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。
整理ppt
5
2。硅和锗的共价键结构
+4
+4
+4表示除 去价电子 后的原子
共价键中的两个电
+4
子被紧紧束缚在共价键
中，称为束缚电子，常
4、温度愈高，半导体的载流子愈多，导电性
能也愈好。
整理ppt
10
三、 N 型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。
例如，掺杂浓度为百万分之一，则载流 子浓度约为：
1 0 2 3 1 0 6 1 0 1 7 个 / c m 3 1 0 1 0 个 / c m 3
PN结加上正向电压（或正向偏置）的意思 是： P区加正、N区加负电压。
整理ppt
17
外电场削弱内电场，空间电荷区变窄。 有利于多子的扩散，形成较大正向电流，PN结呈低电阻。 在一定范围内，正向电流随外电压增加而增大。
内电场
正
向
I
外电场
导 通
整理ppt
18
2、PN结反向偏置
PN结加上反向电压（或反向偏置）的意思 是： P区加负、N区加正电压。
多余电子
多数载流子 （多子）
自由电子
少数载流子（少子）空穴
整理ppt
12
2、P型半导体
+4
+4
+3
+4
硼原子 空穴
本征半导体中掺三价元素
特点：
（1）掺杂浓度远大于本征
半导体中载流子浓度 。
（2）空穴浓度远大于自由
电子浓度。
多数载流子（多子）空穴
wenku.baidu.com
少数载流子
（少子）
整理ppt
自由电子
13
结论
1、P型半导体：本征半导体中掺入三价元素； N型半导体：本征半导体中掺入五价元素。
15
请注意
1、空间电荷区（耗尽层）中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场是阻碍多子的扩 散运动，促进少子的漂移运动。
3、P区的电子和N区的空穴（都是少子）， 数量有限，因此由它们形成的电流即 漂移电流很小（μA级）。
4、扩散与漂移达到动态平衡时即形成PN结。
整理ppt
16
二、 PN结的单向导电性
1、PN结正向偏置