第2讲半导体基础知识解读

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。
一、PN 结正向偏置
变薄
+ P
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
_ N
外电场
R
内电场
E
二、PN 结反向偏置
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载 流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和 释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
结电容： Cj Cb Cd
结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定 程度，则失去单向导电性！
2. P型半导体
3
硼（B） 受主原子
多数载流子
P型半导体主要靠空穴导电， 空穴是多子，电子是少子。掺入 杂质越多，空穴浓度越高，导电 性越强，
在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？
杂质半导体的示意表示法：
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
2、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。
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。
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。
内电场E N型半导体 多子
+ +++++
+ +++++
少子
－－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++
少子
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 多子扩散运动 荷区越宽。
PN结的形成
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动。
无杂质 稳定的结构
1、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。
一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。
P区空穴 浓度远高 于N区。
N区自由电 子浓度远高
于P区。
扩散运动
扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，产生内电场，不利于扩散运动的继 续进行。
内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。
少子漂移运动
多子
P型半导体wk.baidu.com
－－－－ － － －－－－ － －
载流子
外加电场时，带负电的自由电子 和带正电的空穴均参与导电，且运 动方向相反。由于载流子数目很少， 故导电性很差。
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。
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子
5
磷（P） 施主原子
_ P
变厚
－+ －+ －+ －+
内电场被被加强，多子
的扩散受抑制。少子漂
移加强，但少子数量有
限，只能形成较小的反
向电流。
+
N
内电场
外电场
R
E
四、PN结的电流方程
u
i IS(eUT 1) (常温下UT 26mV)
温度的 电压当量
五、PN结的电容效应
1. 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生 变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放 电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。 2. 扩散电容
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。
但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。 近似认为多子与杂质浓度相等。
小结
1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。
2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产 生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。
3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂 质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。
4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。 N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。
5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度 和材料性质有关。
三、PN结的形成及其单向导电性
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。
N 型半导体中的载流子是什么？
1.由施主原子提供的电子，浓度 与施主原子相同。
2.本征半导体中成对产生的电子
和空穴。 3.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）。
杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多 子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。
第二讲 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
漂移运动
因电场作用所产生 的运动称为漂移运动。
参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同， 达到动态平衡，就形成了PN结。
注意:
1.空间电荷区中没有载流子。
2.空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴.N区
中的电子（都是多子）向对方运动（扩散 运动）。
3.P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少）， 数量有限，因此由它们形成的电流很小。