《模拟电子技术资料》PPT课件
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思考：题既然P型半导体的多数载流子是空穴， 少数载流子是自由电子，所以，P型半导体带正 电。此说法正确吗？
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N型半导体：在本征半导体中掺入微量五价元 素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.5 所示。常用的五价元素的杂质有磷、砷和锑等。
施主杂质：因为五价元素的杂质在半导体中能 够产生多余的电子，故称之为施主杂质或N型杂质。
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扩散运动
漂移运动
PN结形成
对称结
PN结 不对称结
空间电荷区又称耗尽层
二.PN结的单向导电性
正偏与反偏：当外加电压使PN结中P区的电位 高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反 之称为加反向电压，简称反偏。
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1.PN结加正向电压 2. PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的 正向扩散电流， PN结导通。其示意图如 图1.1.7所 示外。电场与内电场方向相反，使扩散运动加剧，漂移 运动减弱。
P型半导体：在本征半导体中掺入微量三价元 素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.4 所示。常用的三价元素的杂质有硼、铟等。
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受主杂质：因为三价元素的杂质在半导体中能 够接受电子，故称之为受主杂质或P型杂质。
多子与少子：P型半导体在产生空穴的同时， 并不产生新的自由电子，所以控制掺杂的浓度， 便可控制空穴的数量。在P型半导体中，空穴的浓 度远大于自由电子的浓度，称之为多数载流子， 简称多子；而自由电子为少数载流子，简称少子。
1.1 半导体的基本知识
内容简介
1.5* 单结晶体管和晶闸管 1.6* 集成电路中的元件
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Байду номын сангаас
教学重点内容：
1. 本征半导体、N型半导体、P型半导体以及 两种载流子；
2. PN结的形成、PN结的单向导电性；
3. 二极管的伏安特性、等效电路； 4. 稳压二极管的稳压原理。 5. 晶体三极管的电流放大作用。
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5. PN结
一.PN结的形成
在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质, 分别形成P型半导体和N型半导体。此时将在P型 半导体和N型半导体的结合面上形成的物理过程示 意图如图1.1.6所示。
扩散运动：由于浓度差多子产生的运动。
漂移运动：当空间电荷区形成后，在内电场作用下， 少子产生的运动。
（1）两种载流子的产生与复合，在一定温度下 达到动态平衡，则ni=pi的值一定；
（2）ni与pi 的值与温度有关，对于硅材料，大 约温度每升高8oC，ni 或pi 增加一倍；对于锗材料， 大约温度每升高12 oC，ni 或pi 增加一倍。
载流子：能够参与导电的带电粒子。
半导体中载流子的移动：如图1.1.3所示。从图中 可以看出，空穴可以看成是一个带正电的粒子，和 自由电子一样，可以在晶体中自由移动，在外加电 场下，形成定向运动，从而产生电流。所以，在半 导体中具有两种载流子：自由电子和空穴。
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说明：
本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切 相关，即热敏性。
这种对温度的敏感性，既可以用来制作热敏和光 敏器件，又是造成半导体器件温度稳定性差的原因。
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4.杂质半导体
杂质半导体：在本征半导体中掺入微量的杂质 形成的半导体。根据掺杂元素的性质，杂质半导 体分为P型（空穴型）半导体和N型（电子型）半 导体。由于掺杂的影响，会使半导体的导电性能 发生显著的改变。
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空穴：共价键中的空位。
电子空穴对：由本征激发（热激发）而产生
的自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子空
穴对。所以，在本征半导体中： ni=pi （ni－自由 电子的浓度；pi－空穴的浓度）。
n i p i K 1 T 3 /2 e E G /2 O k ()T
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Hom2 e
1. 半导体材料
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导 体、绝缘体和半导体。
导 体：ρ<10－4Ω·cm 绝缘体：ρ>109Ω·cm
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。
2. 半导体的晶体结构
典型的元素半导体有硅Si和锗Ge ，此外，还 有化合物半导体砷化镓GaAs等。
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( 1 .1 .1 )
K1—常数，硅为3.8710-6K-3/2/cm3，锗为 1.7610-6 K-3/2/cm3 ；T—热力学温度；EGO—禁带 宽度，硅为1.21eV，锗为0.785eV ；k—波耳兹曼
常数，8.63 10-5 eV/K。（e—单位电荷，eV=J）
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在N型半导体中，自由电子为多数载流子，而空 穴为少数载流子。
注意：多子的浓度与掺杂浓度有关，受温度影响小； 而少子是本征激发形成的，尽管浓度低，却对温度非 常敏感。
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综上所述，在杂质半导体中，因为掺杂，载 流子的数量比本征半导体有相当程度的增加，尽 管掺杂的含量很小，但对半导体的导电能力影响 却很大，使之成为提高半导体导电性能最有效的 方法。 掺杂对本征半导体的导电性的影响，其 典型数据如下:
半导体的导电性能是由其原子结构决定的，就 元素半导体硅和锗而言，其原子序数分别为14和 32，但它们有一个共同的特点：即原子最外层的 电子（价电子）数均为4，其原子结构和晶体结构 如图1.1.1所示。
3.本征半导体
本征半导体：化学成分纯净、结构完整的半导 体。它在物理结构上呈单晶体形态。
本征激发(热激发）：受温度、光照等环境因 素的影响，半导体共价键中的价电子获得足够的 能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子的现象， 称之为本征激发（热激发）（见图1.1.2）。
• T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: ni = pi =1.4×1010/cm3
• 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
ni=5×1016/cm3
• 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
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小结 本讲主要介绍了下列半导体的基本概念： ➢ 本征半导体 ➢ 本征激发、空穴、载流子 ➢ 杂质半导体 ➢ P型半导体和N型半导体 ➢ 受主杂质、施主杂质、多子、少子
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N型半导体：在本征半导体中掺入微量五价元 素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.5 所示。常用的五价元素的杂质有磷、砷和锑等。
施主杂质：因为五价元素的杂质在半导体中能 够产生多余的电子，故称之为施主杂质或N型杂质。
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扩散运动
漂移运动
PN结形成
对称结
PN结 不对称结
空间电荷区又称耗尽层
二.PN结的单向导电性
正偏与反偏：当外加电压使PN结中P区的电位 高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反 之称为加反向电压，简称反偏。
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1.PN结加正向电压 2. PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的 正向扩散电流， PN结导通。其示意图如 图1.1.7所 示外。电场与内电场方向相反，使扩散运动加剧，漂移 运动减弱。
P型半导体：在本征半导体中掺入微量三价元 素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.4 所示。常用的三价元素的杂质有硼、铟等。
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受主杂质：因为三价元素的杂质在半导体中能 够接受电子，故称之为受主杂质或P型杂质。
多子与少子：P型半导体在产生空穴的同时， 并不产生新的自由电子，所以控制掺杂的浓度， 便可控制空穴的数量。在P型半导体中，空穴的浓 度远大于自由电子的浓度，称之为多数载流子， 简称多子；而自由电子为少数载流子，简称少子。
1.1 半导体的基本知识
内容简介
1.5* 单结晶体管和晶闸管 1.6* 集成电路中的元件
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教学重点内容：
1. 本征半导体、N型半导体、P型半导体以及 两种载流子；
2. PN结的形成、PN结的单向导电性；
3. 二极管的伏安特性、等效电路； 4. 稳压二极管的稳压原理。 5. 晶体三极管的电流放大作用。
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5. PN结
一.PN结的形成
在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质, 分别形成P型半导体和N型半导体。此时将在P型 半导体和N型半导体的结合面上形成的物理过程示 意图如图1.1.6所示。
扩散运动：由于浓度差多子产生的运动。
漂移运动：当空间电荷区形成后，在内电场作用下， 少子产生的运动。
（1）两种载流子的产生与复合，在一定温度下 达到动态平衡，则ni=pi的值一定；
（2）ni与pi 的值与温度有关，对于硅材料，大 约温度每升高8oC，ni 或pi 增加一倍；对于锗材料， 大约温度每升高12 oC，ni 或pi 增加一倍。
载流子：能够参与导电的带电粒子。
半导体中载流子的移动：如图1.1.3所示。从图中 可以看出，空穴可以看成是一个带正电的粒子，和 自由电子一样，可以在晶体中自由移动，在外加电 场下，形成定向运动，从而产生电流。所以，在半 导体中具有两种载流子：自由电子和空穴。
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说明：
本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切 相关，即热敏性。
这种对温度的敏感性，既可以用来制作热敏和光 敏器件，又是造成半导体器件温度稳定性差的原因。
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4.杂质半导体
杂质半导体：在本征半导体中掺入微量的杂质 形成的半导体。根据掺杂元素的性质，杂质半导 体分为P型（空穴型）半导体和N型（电子型）半 导体。由于掺杂的影响，会使半导体的导电性能 发生显著的改变。
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空穴：共价键中的空位。
电子空穴对：由本征激发（热激发）而产生
的自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子空
穴对。所以，在本征半导体中： ni=pi （ni－自由 电子的浓度；pi－空穴的浓度）。
n i p i K 1 T 3 /2 e E G /2 O k ()T
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1. 半导体材料
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导 体、绝缘体和半导体。
导 体：ρ<10－4Ω·cm 绝缘体：ρ>109Ω·cm
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。
2. 半导体的晶体结构
典型的元素半导体有硅Si和锗Ge ，此外，还 有化合物半导体砷化镓GaAs等。
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( 1 .1 .1 )
K1—常数，硅为3.8710-6K-3/2/cm3，锗为 1.7610-6 K-3/2/cm3 ；T—热力学温度；EGO—禁带 宽度，硅为1.21eV，锗为0.785eV ；k—波耳兹曼
常数，8.63 10-5 eV/K。（e—单位电荷，eV=J）
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在N型半导体中，自由电子为多数载流子，而空 穴为少数载流子。
注意：多子的浓度与掺杂浓度有关，受温度影响小； 而少子是本征激发形成的，尽管浓度低，却对温度非 常敏感。
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综上所述，在杂质半导体中，因为掺杂，载 流子的数量比本征半导体有相当程度的增加，尽 管掺杂的含量很小，但对半导体的导电能力影响 却很大，使之成为提高半导体导电性能最有效的 方法。 掺杂对本征半导体的导电性的影响，其 典型数据如下:
半导体的导电性能是由其原子结构决定的，就 元素半导体硅和锗而言，其原子序数分别为14和 32，但它们有一个共同的特点：即原子最外层的 电子（价电子）数均为4，其原子结构和晶体结构 如图1.1.1所示。
3.本征半导体
本征半导体：化学成分纯净、结构完整的半导 体。它在物理结构上呈单晶体形态。
本征激发(热激发）：受温度、光照等环境因 素的影响，半导体共价键中的价电子获得足够的 能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子的现象， 称之为本征激发（热激发）（见图1.1.2）。
• T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: ni = pi =1.4×1010/cm3
• 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
ni=5×1016/cm3
• 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
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小结 本讲主要介绍了下列半导体的基本概念： ➢ 本征半导体 ➢ 本征激发、空穴、载流子 ➢ 杂质半导体 ➢ P型半导体和N型半导体 ➢ 受主杂质、施主杂质、多子、少子