《电工电子技术》全套课件 第5章 常用半导体器件
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P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
◆ 5、杂质半导体对外并不显示电性。
青岛大学电工电子实验教学中心
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电工电子技术III
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P型半导体
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
青岛大学电工电子实验教学中心
青岛大学电工电子实验教学中心
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电工电子技术III
可见因热激发而出现的自由电子和空穴是 同时成对出现的，称为电子空穴对。
青岛大学电工电子实验教学中心
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电工电子技术III
归纳
本征半导体的导电机理
❖ 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。
❖ 本征半导体的导电能力取决于载流子的
浓度。
❖温度越高载流子的浓度越高本征半
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电工电子技术III
PN结处载Hale Waihona Puke Baidu子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
内电场E N型半导体 所以扩散和漂
+ + + + + 移+ 这一对相反 的运动最终达
+ + + + + 到+ 平衡，相当 于两个区之间
+ + + + + 没+ 有电荷运动 + + + + + ，的+ 空厚间度电固荷定区不
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电工电子技术III
N型半导体
磷原子
+4
+4
多余电子
+5
+4
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电工电子技术III
2）P型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的三价元素硼， 使空穴浓度大大增加。
多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：电子。取决于温度。
掌握二极管的伏安特性、主要参数及主要应用场合。
掌握稳压管的稳压作用、主要参数及应用。
理解三极管的工作原理、特性曲线、主要参数、放大作用 和开关作用。
会分析三极管的三种工作状态。
理解场效应管的恒流、夹断、变阻三种工作状态，了解场 效应管的应用。
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电工电子技术III
5.1 PN结及其单向导电性
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价 键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难 脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体 中的自由电子很少，所以本征半导体的导电 能力很弱。
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电工电子技术III
3）在绝对0度和没有 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（即载流子 ），它的导电能力为0 ，相当于绝缘体。
+4
+4
空穴
硼原子
+3
+4
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电工电子技术III
归纳
◆
1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多 数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。
◆
2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂 浓度，少数载流子的数量取决于温度。
◆ 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。
◆ 4、N型半导体中电子是多子，空穴是少子；
电工电子技术III
第5章 常用半导体器件
5.1 PN结及其单向导电性
5.2 半导体二极管 5.3 稳压二极管 5.4 半导体三极管 5.5 绝缘栅场效应管 5.6 光电器件
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电工电子技术III
本章学习目标
理解电子和空穴两种载流子及扩散运动和漂移运动的概念。
掌握PN结的单向导电性。
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电工电子技术III
1. 本征半导体
纯净的半导体。如：硅和锗
本征半导体的导电机理
1）最外层四个价电子。
2）共价键结构
Ge
Si
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原子
共价键共用电子对
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4
电工电子技术III
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
电工电子技术III
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动
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电工电子技术III
PN结处载流子的运动
5.1.1 半导体基础知识
导 体: 自然界中很容易导电的物质.例如金属。 绝缘体：电阻率很高的物质，几乎不导电;如橡皮、 陶瓷、塑料和石英等。
半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质， 例如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等
半导体的特点
当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。
往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力 明显改变。
漂移运动
P型半导体
内电场E
N型半导 体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ 内电场越强，就使漂
+ + + 移+运动+ 越+强，而漂移 + + + 使+空间+ 电+荷区变薄。 + +++++
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽。
扩散运动
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电工电子技术III 5.1.2 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和 N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面 处就形成了PN结。
因浓度差
多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散
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导体的导电能力越强。
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电工电子技术III 2. 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质。 杂质半导体使某种载流子浓度大大增加。
1）N型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的五价元素磷， 使自由电子浓度大大增加。
多数载流子（多子）：电子。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：空穴。取决于温度。
+4
+4
4）在热或光激发 下，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。
空
穴
+4
+4
自由 电子
+4
+4
+4
+4
束缚 电子
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电工电子技术III
5）自由电子和空穴的运动形成电流
+4 +4 +4 +4
在其它力的作用下，空 穴吸引临近的电子来填 补，这样的结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可以认为空穴 是载流子。
◆ 5、杂质半导体对外并不显示电性。
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电工电子技术III
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P型半导体
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
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可见因热激发而出现的自由电子和空穴是 同时成对出现的，称为电子空穴对。
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电工电子技术III
归纳
本征半导体的导电机理
❖ 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。
❖ 本征半导体的导电能力取决于载流子的
浓度。
❖温度越高载流子的浓度越高本征半
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电工电子技术III
PN结处载Hale Waihona Puke Baidu子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
内电场E N型半导体 所以扩散和漂
+ + + + + 移+ 这一对相反 的运动最终达
+ + + + + 到+ 平衡，相当 于两个区之间
+ + + + + 没+ 有电荷运动 + + + + + ，的+ 空厚间度电固荷定区不
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电工电子技术III
N型半导体
磷原子
+4
+4
多余电子
+5
+4
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电工电子技术III
2）P型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的三价元素硼， 使空穴浓度大大增加。
多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：电子。取决于温度。
掌握二极管的伏安特性、主要参数及主要应用场合。
掌握稳压管的稳压作用、主要参数及应用。
理解三极管的工作原理、特性曲线、主要参数、放大作用 和开关作用。
会分析三极管的三种工作状态。
理解场效应管的恒流、夹断、变阻三种工作状态，了解场 效应管的应用。
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电工电子技术III
5.1 PN结及其单向导电性
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价 键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难 脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体 中的自由电子很少，所以本征半导体的导电 能力很弱。
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电工电子技术III
3）在绝对0度和没有 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（即载流子 ），它的导电能力为0 ，相当于绝缘体。
+4
+4
空穴
硼原子
+3
+4
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电工电子技术III
归纳
◆
1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多 数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。
◆
2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂 浓度，少数载流子的数量取决于温度。
◆ 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。
◆ 4、N型半导体中电子是多子，空穴是少子；
电工电子技术III
第5章 常用半导体器件
5.1 PN结及其单向导电性
5.2 半导体二极管 5.3 稳压二极管 5.4 半导体三极管 5.5 绝缘栅场效应管 5.6 光电器件
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1
电工电子技术III
本章学习目标
理解电子和空穴两种载流子及扩散运动和漂移运动的概念。
掌握PN结的单向导电性。
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电工电子技术III
1. 本征半导体
纯净的半导体。如：硅和锗
本征半导体的导电机理
1）最外层四个价电子。
2）共价键结构
Ge
Si
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原子
共价键共用电子对
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形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
电工电子技术III
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动
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电工电子技术III
PN结处载流子的运动
5.1.1 半导体基础知识
导 体: 自然界中很容易导电的物质.例如金属。 绝缘体：电阻率很高的物质，几乎不导电;如橡皮、 陶瓷、塑料和石英等。
半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质， 例如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等
半导体的特点
当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。
往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力 明显改变。
漂移运动
P型半导体
内电场E
N型半导 体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ 内电场越强，就使漂
+ + + 移+运动+ 越+强，而漂移 + + + 使+空间+ 电+荷区变薄。 + +++++
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽。
扩散运动
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电工电子技术III 5.1.2 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和 N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面 处就形成了PN结。
因浓度差
多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散
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15
导体的导电能力越强。
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电工电子技术III 2. 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质。 杂质半导体使某种载流子浓度大大增加。
1）N型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的五价元素磷， 使自由电子浓度大大增加。
多数载流子（多子）：电子。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：空穴。取决于温度。
+4
+4
4）在热或光激发 下，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。
空
穴
+4
+4
自由 电子
+4
+4
+4
+4
束缚 电子
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电工电子技术III
5）自由电子和空穴的运动形成电流
+4 +4 +4 +4
在其它力的作用下，空 穴吸引临近的电子来填 补，这样的结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可以认为空穴 是载流子。