第4章半导体器件

的厚度固定不变。 第4章半导体器件
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电位V
V0
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型区
空间 电荷区
N 型区
第4章半导体器件
源自文库
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注意:
1.空间电荷区中几乎没有载流子。
2.空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴、N 区中的自由电子（都是多子）向对方运动 （扩散运 动）。
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内电场越强，漂移运动 就越强，而漂移的结果 使空间电荷区变薄。
漂移运动
P型半导体
N型半导体 内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩第4散章半运导体动器件
N型硅表示 +
P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
硅原子
空穴
Si Si
硼原子
B
Si
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且
可以移动
第4章半导体器件
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
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空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
自由电子、空穴成对出现
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2.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： 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴可吸引附近的电子 来填补，其结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可认为空穴是 载流子。
3.P 区中的自由电子和N 区中的空穴（都是少 子），数量有限，因此由它们形成的电流 很小。
第4章半导体器件
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4.2.2 PN结的单向导电性 PN结加上正向电压、正向偏置的意
思都是： P区加正、N区加负电压。
PN结加上反向电压、反向偏置的意 思都是： P区加负、N区加正电压。
第4章半导体器件
PN结正向偏置
第4章半导体器件
本征半导体的导电机理
1.载流子、自由电子和空穴
在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价 电子完全被共价键束缚，本征半导体中没有可以 自由运动的带电粒子（即载流子），它的导电能 力为 0，相当于绝缘体。
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。
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4.1.2杂质半导体
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。
N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体） P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）
第4章半导体器件
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
硅原子
磷原子
Si
Si
多余电子
P
Si
第4章半导体器件
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
第4章半导体器件
+4
+4
+4
+4
共价键形成后，每个原子 最外层电子是八个，构成比 较稳定的结构。
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。
第四章 半导体器件
4.1 半导体的基础知识 4.2 PN结及半导体二极管 4.3 三极管
第4章半导体器件
• 模拟电路：研究输出与输入信号之间的大小 、相位、失真等方面的关系。
• 基本电路元件：晶体管、场效应管、集成 运算放大器。
• 基本模拟电路：信号放大及运算（信号放 大、功率放大）、信号处理（采样保持、电 压比较、有源滤波）、信号发生（正 弦 波 发生器、三角波发生器等）。
• 研究方法：建立等效模型，近似计算。
第4章半导体器件
§4.1 半导体的基本知识
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。
Si
Ge
硅原子
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锗原子
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中，每个原子都处在正四面体的中
心，而相邻四个原子位于四面体的顶点，每个原子与 其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶 体结构：
第4章半导体器件
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硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
扩散的结果是使空间 电荷区逐渐加宽。
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漂移运动
P型半导体
N型半导体 内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
当扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡
时，相当于两个区之扩间散没运有动电荷运动，空间电荷区
自由电子：在晶格中运第4动章半；导体空器穴件 ：在共价键中运动
本征半导体中电流由两部分组成：
1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
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。
空间电荷区变薄
P
－+
+
－+
－+ 正向电流
P型半导体
N型半导体
杂质型半导体中多子和少子的移动都可形 成电流，但由于数量关系，起导电作用的主要 是多子，受温度影响较小。
一般近似认为多第4章子半导与体器杂件 质浓度相等。
§4.2 PN结及半导体二极管
4.2.1 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。
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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。例如：
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化 -- 热敏特性、光敏特性。
• 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 -- 掺杂特性。
第4章半导体器件
4.1.1 本征半导体
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。