第1讲 半导体材料与PN结

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作答
1.1.2 杂质半导体
1、P型半导体
P型半导体：在本征半导体中插入微量的+3价元素，如硼、铟等。
空穴浓度、高数量多：称 为多数载流子，简称多子。
自由电子的浓度低、数量极 少，称为少数载流子，简称 少子。
受主元素：由于掺入的杂质元素可以接收自由电子形成共价键结构， 因此把掺入的杂质元素称为受主元素。
2. N型半导体
N型半导体：在本征半导体中掺入少量的+5价元素，如磷、砷等元素， 即可构成N型半导体。
多数载流子：电子 少数载流子：空穴 +5价杂质原子：施主元素
图1-5 N型半导体
1.1.3 化合物半导体
元素半导体：由单一的硅、锗等第IV主族元素构成的本征半导体也
称元素半导体；
化合物半导体：由几种元素化合而成的半导体材料称为化合物半导
图1-7 PN结
扩散运动：由于多子的浓度差引起的多子从浓度高的一侧向浓度低的一侧移动。
漂移运动：少子彼此移动到对方参与导电，称为漂移运动。
扩散运动和漂移运动达到平衡，耗尽层不再加宽，内电场也稳定下来，PN结形成。
1.2.2 PN结的导电性能
1. 正向伏安特性
把P型区接电源的正极，N型区接电源的负极，此时称PN结加正向电压或 PN结正偏；处于正偏状态下的PN结的电流与电压的关系称为PN结正向伏安 特性。
体，如砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅(SiC)及锑化铟
（InSb）等。这一类的半导体材料由于在某些方面的突出特性而使
其得到广泛的应用。化合物半导体材料也可以通过掺杂得到对应的
杂质半导体。
超高速集成电路
化合物半导体 应用领域
高速计算机 通信设备光纤通信 航天系统
半导体照明工程
信息显示
单选题 1分 P型半导体掺入的杂质元素通常是（） A +4价元素 B +3价元素 C +5价元素
1.2.3 PN结的电容效应
1.5.4 光敏二极管
1.3 二极管
1.5.5 变容二极管
1.3.1 二极管的结构、符号及分类 1.6 二极管电路仿真
1.3.2 二极管的伏安特性
1.6.1 二极管基本特性仿真
1.3.3 二极管的参数
1.6.2 二极管应用电路仿真
本章内容要求：
本章要初步认识半导体材料及其性质，进而学习半导体材料构成的PN 结的结构、特性及二极管的分类与 。
为PN源自文库的反向饱和电流，用IS表示。
反向击穿：雪崩击穿+齐纳击穿
1.2.3 PN结的电容效应
扩散电容CD：当PN结正偏导通时，P型区的空穴扩散到N型区，使得N型区的空 穴浓度大幅提高，同样，N型区的电子也扩散到P型区，使得P型区的电子的浓 度大幅提高，此时就相当于在PN结的N型区存储了一定量的正电荷，P型区存 储了一定量的负电荷，从而产生扩散电容效应。 扩散电容效应的大小与PN结的正偏电压的高低及导通的程度相关，正偏电压 越高，导通程度越强，扩散电流越大，扩散电容效应愈强。 势垒电容CT：当PN结反偏时，在PN结接触面两侧会体现出一定的势垒电容效应。 在PN结接触面两侧存在耗尽层，耗尽层P型区一侧带负电，N型区一侧带正电， 就相当于一个电容，当PN结反偏时，耗尽层会变宽，等效地相当于电容两极板 的荷电量增加，势垒电容效应增强。
光敏特性：半导体材料的导电性能受照射光的波长、强度影响体现的特性， 如光敏电阻、光敏二极管及光电池等。 掺杂特性：掺入适量的杂质元素可以改变半导体材料的导电性能的特性， 如二极管、三极管及场效应管等。
纯净且不含杂质的半导体材料称为本征半导体。这一类的物质从原子微观结构上 看通常具有4个价电子的典型特征，位于元素周期表的第IV主族，如硅和锗等。
1. 按导电性物质的分类
导体：金、银、铜、铁等,具有良好的导电性能，导电率小于 106 m 绝缘体：橡胶、塑料、玻璃等,导电性能极差，几乎不导电；
导电率大于 108 m 半导体：导电性能介乎导体与绝缘体之间的物质，如硅、锗、硒等，导
电率介于 106 ~ 108 m
2. 半导体特性
热敏特性：半导体在不同的温度条件下其导电性能不同，如热敏电阻。
硅原子结构示意图
硅晶体结构
在晶体中每个硅原子与相邻的4个硅原子之间通过共用最外层的价电子形成稳 定的共价键结构，这样每个硅原子通过与相邻原子之间共用价电子形成8个最 外层电子的稳定结构。
自由电子与空穴：共价键断裂产生自由电子和空穴； 自由电子带负电荷，空穴带正电荷。
电子空穴对：自由电子与空穴总是成对出现，称为电子空穴对。 电子电流：自由电子在半导体内部移动形成的导电电流称为电子电流。 空穴电流：空穴参与导电形成的导电电流称为空穴电流。 载流子：自由电子和空穴统称为载流子。
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单选题 1分 P型半导体中的杂质元素称为（） A 受主元素 B 施主元素
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单选题 1分 N型半导体中多子和少子分别为（） A 空穴和电子 B 电子和空穴
提交
通过半导体加工工艺把P型半导体与N型半导体紧密的结合在一起，在两种 材料的接触面之间就形成了PN结。
1.2.1 PN结的结构
图1-6 扩散运动
载流子浓度：纯净的硅晶体在-273ºС （即热力学温度0K）内部没有可自由移 动的载流子，不能导电，相当于绝缘体。 当温度达到室温25ºС时，硅晶体中自由 电子的浓度达到 1.451010 / cm3。
图1-3 载流子的形成
填空题 3分
半导体材料具有 [填空1] 特性、 [填空2] 特性及 [填空3] 特性。
本章目录
1.1 半导体材料
1.4 二极管的应用
1.1.1 本征半导体
1.4.1 限幅
1.1.2 杂质半导体
1.4.2 整流与滤波
1.1.3 化合物半导体
1.5 其他类型二极管
1.2 PN结及其特性
1.5.1 稳压二极管
1.2.1 PN结的结构
1.5.2 肖特基二极管
1.2.2 PN结的导电性能
1.5.3 发光二极管
图1-8 PN结正偏
死区 电压
正向 导通 电压
图1-9 PN结正向伏安特性
2. 反向伏安特性
P型区接直流电源的负极，N型区接直流电源正极，称PN结外加反向电压， 或PN结反偏。处于反偏状态下的PN结的电流与电压的关系称为PN结反向伏 安特性。
图1-10 PN结反偏
图1-11 PN结反向伏安特性
反向饱和电流：把反偏状态下由于少子的漂移而形成的反向漏电流称