电工电子全套PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(10-11)
6.1.2 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。其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，
也称为（电子半导体）。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也
称为（空穴半导体）。
(10-12)
第6章 半导体器件
(10-1)
6-1 PN结及半导体二级管
6.1 半导体的导电特性
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。
(10-7)
二、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（Baidu Nhomakorabea=0K）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。
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。
(10-2)
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。
1.掺杂性 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。 2.热敏性和光敏性
当受外界热和光的作用时，它的导电能力 明显变化。
(10-3)
6.1.1 本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体） 一、本征半导体的结构特点
(10-15)
三、杂质半导体的符号
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P 型半导体
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N 型半导体
(10-16)
总结
1. 本征半导体中受激产生的电子很少。 2.N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供
一、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷， 晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原 子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻 的半导体原子形成共价键，必定多出一个电 子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发 而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移 动的带正电的离子。
(10-13)
多 余 电子
磷原子
+4 +4
+5
+4
N 型半导体中
的载流子是什 么？
1.由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。 2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
(10-14)
二、P 型半导体
硅和锗的晶
体结构：
(10-5)
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
(10-6)
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。
+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。
(10-20)
电位V
V0
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型区
空间 电荷 区
N型区
(10-19)
P型半导体
漂移运动
N 型半导体 内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
所 相以当扩于散 两和 个漂 区移 之这间一没对有相电扩散反荷运的运动运动动，最空终间达 电到 荷平 区衡 的， 厚 度固定不变。
(10-10)
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。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。
（在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现，同时 又不断的复合）
的电子，N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也 能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主
要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。 3.P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
(10-17)
6.2 PN结
6.2.1 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。
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
(10-4)
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成
晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼 （或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质 取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的
空穴
半导体原子形成共价键时， 产生一个空穴。这个空穴
+4
+4
可能吸引束缚电子来填补，
使得硼原子成为不能移动
+3
+4
的带负电的离子。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
(10-8)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
(10-9)
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，即 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 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。
(10-18)
内电场越强，漂移运动 越强，而漂移使空间电 荷区变薄。
P 型半导体
漂移运动
N 型半导体 内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散运动
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽。
6.1.2 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。其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，
也称为（电子半导体）。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也
称为（空穴半导体）。
(10-12)
第6章 半导体器件
(10-1)
6-1 PN结及半导体二级管
6.1 半导体的导电特性
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。
(10-7)
二、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（Baidu Nhomakorabea=0K）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。
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。
(10-2)
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。
1.掺杂性 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。 2.热敏性和光敏性
当受外界热和光的作用时，它的导电能力 明显变化。
(10-3)
6.1.1 本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体） 一、本征半导体的结构特点
(10-15)
三、杂质半导体的符号
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P 型半导体
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N 型半导体
(10-16)
总结
1. 本征半导体中受激产生的电子很少。 2.N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供
一、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷， 晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原 子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻 的半导体原子形成共价键，必定多出一个电 子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发 而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移 动的带正电的离子。
(10-13)
多 余 电子
磷原子
+4 +4
+5
+4
N 型半导体中
的载流子是什 么？
1.由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。 2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
(10-14)
二、P 型半导体
硅和锗的晶
体结构：
(10-5)
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
(10-6)
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。
+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。
(10-20)
电位V
V0
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型区
空间 电荷 区
N型区
(10-19)
P型半导体
漂移运动
N 型半导体 内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
所 相以当扩于散 两和 个漂 区移 之这间一没对有相电扩散反荷运的运动运动动，最空终间达 电到 荷平 区衡 的， 厚 度固定不变。
(10-10)
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。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。
（在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现，同时 又不断的复合）
的电子，N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也 能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主
要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。 3.P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
(10-17)
6.2 PN结
6.2.1 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。
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
(10-4)
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成
晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼 （或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质 取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的
空穴
半导体原子形成共价键时， 产生一个空穴。这个空穴
+4
+4
可能吸引束缚电子来填补，
使得硼原子成为不能移动
+3
+4
的带负电的离子。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
(10-8)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
(10-9)
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，即 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 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。
(10-18)
内电场越强，漂移运动 越强，而漂移使空间电 荷区变薄。
P 型半导体
漂移运动
N 型半导体 内电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散运动
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽。