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
半导体的导电特性
第1章半导体器件基础目的、要求1. 了解半导体的导电特性。
2. 熟悉PN结的形成及其单向导电性。
3. 掌握半导体二极管的伏安特性及主要参数。
4. 学会在实际中判断、测试和选择二极管。
5. 熟悉半导体二极管的基本应用，能用理想二极管模型分析二极管电路。
6. 熟悉常用的一些特殊二极管的特性及应用。
7. 熟悉晶体管的结构、电流控制机理、电流分配关系、伏安特性及主要参数，学会正确地选择和使用晶体管。
主要内容有：半导体二极管、半导体三极管、场效应管及集成电路等，它们是组成各种电子电路的核心。
半导体器件都是由半导体材料经过特殊工艺形成的PN结组成的。
1.1 半导体的导电特性1.1.1 导体、绝缘体和半导体自然界的各种物质就其导电性能来说、可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。
导体具有良好的导电特性，常温下，其内部存在着大量的自由电子，它们在外电场的作用下做定向运动形成较大的电流。
因而导体的电阻率很小，只有10-6～10-4Ω·cm。
金属一般为导体，如铜、铝、银等。
绝缘体几乎不导电，如橡胶、陶瓷、塑料等。
在这类材料中，几乎没有自由电子，即使受外电场作用也不会形成电流，所以，绝缘体的电阻率很大，在1010Ω·cm以上。
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如：硅、锗等，它们的电阻率通常在10-2～109Ω·cm 之间。
半导体之所以得到广泛应用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。
如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为2.14× l03Ω·cm，若按百万分之一的比例掺入少量杂质（如磷）后，其电阻率急剧下降为2× l0-3Ω·cm，几乎降低了一百万倍。
半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特殊性。
1.1.2 本征半导体的导电特性常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单晶锗（Ge）。
所谓单晶，是指整块晶体中的原子按一定规则整齐地排列着的晶体。
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。
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
5.3. 2 电流分配和放大原理
IB(mA)
IC(mA)
IE(mA)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
<0.001
0.70
集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。
3. 三极管内部载流子的运动规律
IC = ICE+ICBO ICE
IC
IB
B
E
C
N
N
P
EB
RB
EC
IE
IBE
ICE
ICBO
IB = IBE- ICBO IBE
ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数
集－射极穿透电流, 温度ICEO
3.反向峰值电流IRM
STEP5
STEP4
STEP3
STEP2
STEP1
定性分析：判断二极管的工作状态
导通截止
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 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
IB(A)
UBE(V)
20
40
60
80
0.4
0.8
UCE1V
O
1. 输入特性
IB=0
20A
40A
60A
80A
100A
3
6
IC(mA )
1
2
3
4
第14章 半导体器件
14.2
PN结及其单向导电性
1.PN结的形成 2.PN结的单向导电性 3.PN结的伏安特性
PN结是构成半导体器件的核心结构。 PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体结合处所 形成的特殊结构。 PN结是半导体器件的心脏。
PN结的形成
在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的 杂质，分别形成N型半导体和P型半导体。
半导体中的两种电流
1.漂移电流：由载流子的漂移运动形成的电流。 漂移运动：由电场力引起的载流子定向运动。 2.扩散电流：由载流子的扩散运动形成的电流。 扩散运动：由于载流子浓度不均匀（浓度梯度） 造成的运动。 以上2种电流的方向与载流子的方向有关。 空穴电流的方向与运动方向一致。 电子电流的方向与运动方向相反。
第14章 半导体器件
14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 半导体的导电特性 PN结及其单向导电性 二极管 稳压二极管 双极型晶体管 光电器件
对于元器件，学习重点放在特性、参数、技术指 标和正确使用方法，不过于追究其内部机理。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。工程上允许一定的 误差，可采用合理估算的方法。
14.1 半导体的导电特性
本征半导体 杂质半导体 半导体中的电流
物质按导电性能分类
导体（＞105） 绝缘体（ 10-22 ~10-14 ） 半导体，是指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10-9~ 102欧· 米之间，温度升高时电阻率指数 则减小。如硅、锗等，半导体之所以得到广泛应 用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的 影响十分显着。
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。
半导体的主要特性
半导体的主要特性
一、半导体的概念
自然界中的物质，按导电能力强弱不同，可分为三大类：导体、半导体和绝缘体。
故半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
纯净的，不含有杂质的半导体叫做本征半导体。
本征半导体有两种导电粒子，一种是带负电荷的自由电
子，一种是带正电荷的空穴。
二、半导体的特性
自由电子和空穴在外电场的作用下都会做定向移动而
形成电流，所以把它们统称为载流子。
本征半导体中每产生
一个自由电子必然会有一个空穴出现，自由电子和空穴的数
目相对出现，这种物理现象叫做本征激发。
常温下，本征激发产生的自由电子和空穴数目很少，所
以本征半导体的导电性能比较差。
但温度升高或光照增强时，
本征半导体内电子运动加剧，载流子数目增多，导电性提高，这就是半导体的热敏特性和光敏特性。
在本征半导体中掺入三价或五价元素后分别形成P型半导体或N半导体，半导体的导电性能大大提高，这就是半导体的掺杂特性。
三、半导体的种类
本征半导体、N型半导体和P型半导体。
四、PN结及其导电特性
1、PN结的形成
采用掺杂工艺是P型半导体
和N型半导体做在一起，在P
型半导体和N型半导体的交界
面会形成一个具有特殊电性能
的薄层，成为PN结。
2、PN 结的单向导通特性。
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。
半导体材料具有哪些主要特性
半导体材料具有哪些主要特性
半导体是一种介于导体（金属）和绝缘体之间的材料，具有一些独特的特性，
使其在电子学和光电子学领域具有重要的应用。
以下是半导体材料的主要特性：
1. 带隙能量
半导体材料具有禁带宽度，即能带隙。
这是指在材料中电子能级的变化范围，
使得材料在低温下几乎是绝缘体，而在受到刺激（例如光或热）时，电子可以跨越能带隙并变得导电。
带隙能量的大小决定了半导体的导电性质，常用电子伏特（eV）作为度量单位。
2. 控制载流子浓度
半导体材料可以通过掺杂来控制载流子（电子和空穴）的浓度，这在半导体器
件的制造中至关重要。
通过引入少量的杂质原子，可以从而增加或减少载流子的浓度，从而改变材料的导电性质。
3. 半导体器件的制造
半导体材料可通过各种加工工艺来制造成各种半导体器件，如二极管、晶体管
和光电器件等。
这些器件在现代电子技术中发挥着重要作用，推动了信息技术和通信技术的快速发展。
4. 温度特性
半导体材料的电导率和带隙能量都随温度的变化而变化。
这种温度特性使得半
导体器件在一定的温度范围内工作性能更稳定，同时也为一些特定应用提供了可能，如温度传感器等。
5. 光电特性
半导体材料在受到光照射后会产生光生载流子，这种光电性质使得半导体器件
在光电子学领域有广泛的应用，如太阳能电池、发光二极管（LED）和激光器等。
总的来说，半导体材料具有能带隙、控制载流子浓度、器件制造、温度特性和
光电特性等一系列独特的特性，使得其在现代电子学领域具有重要的应用价值。
半导体的导电性
本征半导体的导电性受温度影响较大，温度升高，电子和空穴的浓度增加，导电性 增强。
非本征半导体
非本征半导体是指掺杂了其他元 素或存在缺陷的半导体。其导电 性主要受掺杂元素和缺陷的影响
。
掺杂元素可以提供额外的载流子 ，增强半导体的导电性。缺陷则 可以作为载流子的陷阱，降低半
半导体的导电性
汇报人： 2023-12-26
目录
• 半导体简介 • 半导体的导电性 • 影响半导体导电性的因素 • 半导体的光电效应 • 半导体材料的发展趋势
01
半导体简介
半导体的定义
总结词
半导体是指介于导体和绝缘体之间的材料，具有导电能力，但导电能力较导体 弱，较绝缘体强。
详细描述
半导体材料中，电子和空穴是主要的载流子，它们在电场的作用下可以自由移 动，形成电流。与金属导体不同，半导体的导电能力受到温度、光照、杂质等 因素的影响。
实验结果
通过实验验证了光电效应的存在， 并测定了物质的光电阈值等参数。
05
半导体材料的发展趋势
新型半导体材料的研发
01 02
新型半导体材料
随着科技的发展，新型半导体材料如碳化硅、氮化镓等正在被广泛研究 和应用。这些材料具有更高的电子迁移率和耐高温特性，适用于高频率 、高温和高功率的电子器件。
新型半导体材料的优势
风力发电
半导体材料在风力发电领域的应用主要涉及到风力发电机组的控制系统和能源转换系统。 通过优化半导体材料的性能，可以提高风能利用率和发电效率。
新能源汽车
半导体材料在新能源汽车中发挥着关键作用，如电池管理系统、电机控制器和车载充电装 置等。高性能的半导体材料可以提高新能源汽车的能效和安全性。
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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。
温度愈高，自由电子和空穴的数量愈多，导电性能也愈好。
所以，温度对半导体的性能影响很大。
当半导体外加电压时，在电场的作用下，半导体中将出现两部分电流：一是自由电子作定向运动形成的电子电流；二是有空穴的原子吸引相邻原子中的价电
子填补空穴，而在相邻原子的共价键中留下新的空穴电流，因此，称自由电子和空穴为载流子。
在半导体中，同时存在两种载流子的定向运动是半导体导电方式的电大特点，也是半导体与金属在导电原理上的本质差别。
2．N型半导体和P型半导体
为了增加本征半导体中的自由电子和空穴的数量，提高它的导电能力，通常在本征半导体为掺入微量的杂质（某种元素），这将使掺杂后的半导体(杂质半导体)的导电能力大大增强。
根据掺杂元素的不同，杂质半导体可分为N型和P型两大类。
(1) N型半导体
在硅的单晶体内掺入微量的五价元素（磷或砷）后，磷或砷原子将取代某些硅原子的位置并与相邻的硅原子结成共价键。
由于磷或砷是五价元素，与硅原子结成共价键后，多余的一个电子将成为自由电子，因此，称五价元素为施主原子。
失去一个电子的磷或砷就成为固定的晶格中不能移动的正离子。
本征半导体掺入五价元素的数量决定着自由电子的数量。
由于掺入五价元素的杂质半导体中自由电子的数量比空穴的数量多得多，载流子中自由电子占多数，空穴占少数，因此称这种杂质半导体为N型半导体，如图5所示。
图5 N型半导体的晶体结构图6 P型半导体的晶体结构
(2) P型半导体
如果在硅的单晶体中掺入微量的三价元素（硼或铝），掺入的硼或铝原子将取代某些硅原子的位置，并与相邻的硅原子结成共价键，同时在共价键中出现一个空穴。
当邻近的价电子填补这个空穴后，使三价元素成为带负电子的离子，如图6所示。
由于三价元素接受一个电子，因此称它为受主原子。
掺入三价元素的数量决定空穴的数量，而且这种杂质半导体中空穴的数量比自由电子多得多，载流子中空穴占多数，自由电子占少数，因此称这种杂质半导体为P型半导体。