第2讲半导体基础知识解读
半导体基础知识PPT培训课件
目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材 料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高 的电子迁移率等特点，使得化合物半 导体在光电子器件和高速电子器件等 领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电 性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质 来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成 电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流 子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器 件性能至关重要，直接影响最终产品 的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体 在集成电路、微电子等领域应用广泛。 随着技术的不断发展，硅基半导体的 性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅 片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后 续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制 工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入 标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的 工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在 一块硅片上，形成复杂的电路。
《半导体》 讲义
《半导体》讲义一、什么是半导体在我们生活的这个科技时代，半导体无疑是一项至关重要的技术。
但到底什么是半导体呢？简单来说，半导体是一种导电性介于导体和绝缘体之间的材料。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
导体大家都比较熟悉，像铜、铝这样电导率很高的材料就是导体，电流在其中能够轻松地流动。
而绝缘体呢，比如橡胶、塑料，它们几乎不导电。
半导体则处于这两者之间，其电导率可以通过一些方式进行调节和控制。
半导体的这种特性使得它能够在电子设备中发挥关键作用。
比如，我们日常使用的手机、电脑，里面的芯片就是由半导体材料制成的。
二、半导体的特性半导体具有一些独特的特性，这使得它们在电子领域具有广泛的应用。
1、热敏特性半导体的电导率会随着温度的变化而发生显著改变。
温度升高时，半导体中的载流子（电子和空穴）数量增加，电导率也随之提高。
利用这一特性，可以制作热敏电阻等温度传感器。
2、光敏特性半导体在受到光照时，其电导率也会发生变化。
这一特性被用于制作光电探测器、太阳能电池等。
3、掺杂特性通过向纯净的半导体中掺入少量的杂质元素，可以显著改变其电导率和电学性质。
这种掺杂过程就像是给半导体“调味”，让它能够满足不同的应用需求。
三、半导体的制造工艺要将半导体材料变成实用的电子器件，需要经过一系列复杂而精细的制造工艺。
1、晶圆制备首先，需要制备出高纯度的半导体晶圆。
通常是从硅矿石中提炼出硅，然后通过一系列的提纯和结晶工艺，制成单晶硅晶圆。
2、光刻这是半导体制造中非常关键的一步。
通过光刻技术，可以在晶圆表面涂上光刻胶，然后用紫外线透过掩膜版照射，使光刻胶发生化学反应，从而在晶圆表面形成所需的图案。
3、刻蚀在光刻形成图案后，使用化学或物理方法对晶圆进行刻蚀，去除不需要的部分，留下所需的半导体结构。
4、掺杂如前所述，通过掺杂来改变半导体的电学性质。
5、薄膜沉积在晶圆表面沉积各种薄膜，如绝缘层、金属层等。
6、封装测试完成制造后，对芯片进行封装，以保护芯片并提供电气连接，然后进行测试，确保其性能符合要求。
功率半导体器件基础知识讲解
理想伏安特性
2024年1月2日
导通过程
0
vAK
反向阻断
正向阻断
11
第二章 功率半导体器件
晶闸管
现代电力电子技术原理与应用
2024年1月2日
12
第二章 功率半导体器件
螺栓型晶闸管外观
现代电力电子技术原理与应用
2024年1月2日
13
第二章 功率半导体器件
螺栓型晶闸管外观
现代电力电子技术原理与应用
2024年1月2日
现代电力电子技术原理与应用
2024年1月2日
18
第二章 功率半导体器件
常用全控型电力电子器件
现代电力电子技术原理与应用
• 功率晶体管（巨型晶体管，BJT，GTR） • 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET） • 绝缘栅型双极型晶体管（IGBT） • 门极可关断晶闸管（GTO） • ……
2024年1月2日
功率半导体器件基础知识讲解
第二章 功率半导体器件
理想的开关器件
现代电力电子技术原理与应用
• 关断时可承受正、反向电压（越高越好） • 开通时可流过正、反向电流（越大越好） • 开通态、关断态均无损耗 • 状态转换过程无损耗 • 状态转换过程快速完成（越快越好） • 开关寿命长（允许的开关次数越多越好）
2024年1月2日
43
第二章 功率半导体器件
现代电力电子技术原理与应用
电路中开关器件符号的处理：进一步简化
2024年1月2日
44
第二章 功率半导体器件
现代电力电子技术原理与应用
电路中开关器件符号的处理：抽象化
2024年1月2日
45
14
第二章 功率半导体器件
第2讲 半导体二极管原理
课程名称：电工学与电子技术本次课标题：第2讲半导体二极管授课班级上课时间周月日第节上课地点教学目的1、了解半导体二极管的工作原理和主要参数；2、了解稳压管的工作原理和主要参数。
教学目标能力（技能）目标知识目标1、理解半导体的单向导电性；2、掌握半导体二极管的伏安特性和主要参数；3、掌握稳压管的特性。
1、了解半导体二极管的工作原理和主要参数；2、了解稳压管的工作原理和主要参数。
重点难点及解决方法重点：1、PN结的单向导电性；2、二极管的伏伏安特性；3、稳压管的特性。
难点：PN结的单向导电性。
解决办法：例题讲授与学生练习相结合，采用实物讲演法、图文并茂法、概念推演法、循序渐进法等多种教学方法。
参考资料《电工学》、《电工电子学》、《电工电子技术》教学设计课题第2讲半导体二极管教学目的1、了解半导体二极管的工作原理和主要参数；2、了解稳压管的工作原理和主要参数。
教学重点1、PN结的单向导电性；2、二极管的伏伏安特性；3、稳压管的特性。
教学过程及教学内容教学方法引入一、半导体的基础知识课堂提问：物体根据导电能力的强弱可分几类？自然界中的物质，按其导电性能可分为三大类，即导体、绝缘体和半导体。
导体是指导电能力很强的物质，如金、银、铜、铝等金属材料；绝缘体是指那些导电能力极弱，几乎不导电的物质，如塑料、陶瓷、玻璃等；半导体则是导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅、锗、砷化镓等常用半导体材料。
—由于绝大多数半导体都是晶体，所以用半导体材料制造的二极管和三极管也常称为晶体二极管和晶体三极管。
启发思考法概念分析（一）半导体的导电特性利用半导体材料可以制成各种半导体器件，但其理由并不在于半导体的导电性能介于导钵和绝缘体之间这一性质，而在于半导体具有以下特殊的性质：1、热敏性：半导体的导电能力随外界温度升高而显著增加。
2、光敏性：半导体的导电能力随光照强度而显著变化。
这些特性称之为半导体的光敏特性和热敏特性，利用光敏特性可以制成光敏元件，利用热敏特性可以制成热敏元件。
半导体物理_第2讲
导带
禁带
价带
严谨严格求实求是
原子能级和晶体的能带
(5) 能带的特点 1. 允带的宽窄由晶体的晶格常数决定(原子间距) 外层能带宽，内层能带窄。晶格常数越小，能级 分裂程度越大，共有化运动显著。 2. 带宽与原子数目N无关，N只决定了能级的密集程度。 3. 原子能级与能带不全是一一对应的。若能级分裂程度 较大，能带有可能交叠，且发生轨道杂化。
严谨严格求实求是
严谨严格求实求是
电子的近似 • 单电子近似：
设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场 及其它电子的平均势场中运动。该势场是具有与晶格 同周期的周期性势场，则多电子可近似为单个电子。
近似地把其它电子对某一电子的相互作用简单看成是叠 加在原子核的周期势场上的等效平均势场。也就是说， 把电子的运动看作是相互独立的，所有其它的电子对某 一电子的作用只归结为产生一个固定的电荷分布和与之 相联系的附加势场。
严谨严格求实求是
电子的近似
从两个角度来研究电子的状态
孤立原子的能级：晶体的能带及电子的共有化运动。 能带论：电子在固定势场V0中运动，周期性势场为微扰， 简化真实能带情况。
严谨严格求实求是
原子的能级和晶体的能带
孤立原子的能级
也就是相应的电子壳层：1s;2s,2p等。如Si原子轨道： 1s22s22p63s23p2
严谨严格求实求是
半导体中的电子状态
3.能带论 (1)布洛赫定理
– 自由电子薛定谔方程： 2 d ( x)2 . E ( x) 2
2m0 dx
– 单电子近似薛定谔方程：
2 d ( x)2 . V ( x) ( x) E ( x) 2 2m0 dx
V(x)=V(x+Sa) S为整数。V(x)是晶格位置为X的势能， 反映了周期性势场的特性。
第二讲-半导体基础知识
§1 半导体
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
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。
当IB一定时，从发射区扩散到基区 的电子数大致一定。当UCE超过1V以 后，这些电子的绝大部分被拉入集
电区而形成集电极电流IC 。之后即 使UCE继续增大，集电极电流IC也不 会再有明显的增加，具有恒流特性。
0
IB=0 UCE / V
当IB增大时，相应IC也增大，输出特性曲线上移， 且IC增大的 幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。 从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数β。
iD
+
uS －
D
+
10KΩ u0 －
图示为一限幅电路。电源uS是一个周期性的矩形脉冲， 高电平幅值为+5V，低电平幅值为-5V。试分析电路的输出 电压为多少。
当输入电压ui=－5V时，二极管反偏截止，此时电路 可视为开路，输出电压u0=0V； 当输入电压ui= +5V时，二极管正偏导通，导通时二极管 管压降近似为零，故输出电压u0≈+5V。 显然输出电压u0限幅在0~+5V之间。
因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合
半导体基础知识详细
半导体基础知识详细半导体是一种电子特性介于导体和绝缘体之间的材料。
它的电阻率介于导体和绝缘体之间，而且在外界条件下可以通过控制电场、光照、温度等因素来改变其电子特性。
半导体材料广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电器件、传感器等领域。
1. 半导体的基本概念半导体是指在温度为绝对零度时，其电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。
在室温下，半导体的电阻率通常在10^-3到10^8Ω·cm之间。
半导体的导电性质可以通过控制材料中的杂质浓度来改变，这种过程称为掺杂。
2. 半导体的晶体结构半导体的晶体结构分为两种：共价键晶体和离子键晶体。
共价键晶体是由原子间共享电子形成的晶体，如硅、锗等。
共价键晶体的晶格结构稳定，电子在晶格中移动时需要克服较大的势垒，因此其导电性较差。
离子键晶体是由正负离子间的静电作用形成的晶体，如氯化钠、氧化镁等。
离子键晶体的晶格结构较稳定，电子在晶格中移动时需要克服较小的势垒，因此其导电性较好。
3. 半导体的能带结构半导体的能带结构是指半导体中电子能量的分布情况。
半导体的能带结构分为价带和导带两部分。
价带是指半导体中最高的能量带，其中填满了价电子。
导带是指半导体中次高的能量带，其中没有或只有很少的电子。
当半导体中的电子受到外界激发时，可以从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
4. 半导体的掺杂半导体的掺杂是指向半导体中加入少量的杂质原子，以改变其电子特性。
掺杂分为n型和p 型两种。
n型半导体是指向半导体中掺入少量的五价杂质原子，如磷、砷等。
这些杂质原子会向半导体中释放一个电子，形成自由电子，从而提高半导体的导电性能。
p型半导体是指向半导体中掺入少量的三价杂质原子，如硼、铝等。
这些杂质原子会从半导体中吸收一个电子，形成空穴，从而提高半导体的导电性能。
5. 半导体器件半导体器件是利用半导体材料制造的电子器件，包括二极管、晶体管、场效应管、集成电路等。
二极管是一种由n型半导体和p型半导体组成的器件，具有单向导电性。
半导体物理知识点
半导体物理知识点半导体是现代电子技术的核心材料，从我们日常使用的手机、电脑到各种高科技设备，都离不开半导体器件的应用。
了解半导体物理的基本知识点对于理解和掌握现代电子技术至关重要。
一、半导体的基本概念半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。
常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）等。
在纯净的半导体中，导电能力较弱，但通过掺入杂质可以显著改变其导电性能。
半导体中的载流子包括电子和空穴。
电子带负电，空穴带正电。
在半导体中，电子和空穴都能参与导电。
二、晶体结构半导体材料通常具有晶体结构。
以硅为例，其晶体结构是金刚石结构。
在晶体中，原子按照一定的规律排列，形成晶格。
晶格常数是描述晶体结构的重要参数。
对于硅，晶格常数约为 0543 纳米。
三、能带结构在量子力学的框架下，半导体的电子能量状态形成能带。
包括导带和价带。
导带中的电子能够自由移动，从而导电；价带中的电子被束缚，不能自由导电。
导带和价带之间存在禁带宽度，也称为能隙。
能隙的大小决定了半导体的导电性能。
能隙较小的半导体，如锗，在常温下就有一定的导电能力；而能隙较大的半导体，如硅，在常温下导电性能较差。
四、施主杂质和受主杂质为了改变半导体的导电性能，常常掺入杂质。
施主杂质能够提供电子，使半导体成为n 型半导体。
例如，在硅中掺入磷（P）等五价元素，就形成了 n 型半导体。
受主杂质能够接受电子，形成空穴，使半导体成为 p 型半导体。
例如，在硅中掺入硼（B）等三价元素，就形成了 p 型半导体。
五、pn 结pn 结是半导体器件的基本结构之一。
当 p 型半导体和 n 型半导体接触时，会形成一个特殊的区域，即 pn 结。
在 pn 结处，存在内建电场，阻止多数载流子的扩散，但促进少数载流子的漂移。
pn 结具有单向导电性，这是二极管的工作基础。
六、半导体的导电性半导体的电导率与温度、杂质浓度等因素密切相关。
随着温度的升高，本征半导体的电导率会增加，因为更多的电子会从价带跃迁至导带。
半导体基础知识(48)PPT课件
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！
个人观点供参考，欢迎讨论！
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。 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，导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 绝对温度0K时不导电。
载流子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、杂质半导体
1、N型半导体
5
多数载流子
空穴比未加杂质时的数目 多了？少了？为什么？
四、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，其等效电容为势垒电容Cb。 2、扩散电容
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，其等效电容为扩散电容Cd。
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，晶体结构的半导体。
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
半导体主要知识点总结
半导体主要知识点总结一、半导体的基本概念1.1半导体的定义与特点：半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料，具有介于导体和绝缘体之间的电阻率。
与导体相比，半导体的电阻率较高；与绝缘体相比，半导体的电子传导性能较好。
由于半导体具有这种特殊的电学性质，因此具有重要的电子学应用价值。
1.2半导体的晶体结构：半导体晶体结构通常是由离子键或共价键构成的晶体结构。
半导体的晶体结构对其电学性质有重要的影响，这也是半导体电学性质的重要基础。
1.3半导体的能带结构：半导体的电学性质与其能带结构密切相关。
在半导体的能带结构中，通常存在导带和价带，以及禁带。
导带中的载流子为自由电子，价带中的载流子为空穴，而在禁带中则没有载流子存在。
二、半导体的掺杂和电子输运2.1半导体的掺杂：半导体的电学性质可以通过掺杂来调控。
通常会向半导体中引入杂质原子，以改变半导体的电学性质。
N型半导体是指将少量的五价杂质引入四价半导体中，以增加自由电子的浓度。
P型半导体是指将少量的三价杂质引入四价半导体中，以增加空穴的浓度。
2.2半导体中的载流子输运：在半导体中，载流子可以通过漂移和扩散两种方式进行输运。
漂移是指载流子在电场作用下移动的过程，而扩散是指载流子由高浓度区域向低浓度区域扩散的过程。
这两种过程决定了半导体材料的电学性质。
三、半导体器件与应用3.1二极管：二极管是一种基本的半导体器件，由N型半导体和P型半导体组成。
二极管具有整流和选择通道的功能，是现代电子设备中广泛应用的器件之一。
3.2晶体管：晶体管是一种由多个半导体材料组成的器件。
它通常由多个P型半导体、N型半导体和掺杂层组成。
晶体管是目前电子设备中最重要的器件之一，具有放大、开关和稳定电流等功能。
3.3集成电路：集成电路是将大量的电子器件集成在一块芯片上的器件。
它是现代电子设备中最重要的组成部分之一，可以实现各种复杂的功能，如计算、存储和通信等。
3.4发光二极管：发光二极管是一种将电能转化为光能的半导体器件，具有高效、省电和寿命长的特点。
半导体基础
5
PN结加正向电压时导通【可参考教材P15图2-5】 多子空穴 变薄
+ + + 多子电子 + +
PN结加正向电压时导通【可参考教材P15图2-5】 变薄
－ － － － － + + + + +
－ － － － －
＋
I：扩散电流 + + + + + － － － － － P区 N区
－ － － － － + + + + +
三.PN结的电流方程及V-I特性
三.PN结的电流方程及V-I特性
i = IS (e
＋ IR －
UBR
u
UT
−1 )
－ ＋
v 当加正向电压时： u为正值，表达式 等效成 ：
u
i = IS (e
＋ IR －
UBR
u
UT
−1 )
－ ＋
v PN结的反向击穿： 反向击穿 电击穿 可逆
i/mA
i/mA
i=IS e
2.2 PN结及其特性
一. PN结的形成
耗尽层
PN结
势垒区
阻挡层
-
+
V0 （电位势垒）
【见教材P15图2-4(a)】
返回
【见教材P15图2-4(b)】
4
耗尽层
PN结
由上可知，PN结中进行着两种载流子的运动： 势垒区 阻挡层 v 多数载流子的扩散运动
P区空穴→N区 N区电子→P区 N区空穴→P区 P区电子→N区
IF
UT
指数 关系 反向击穿电压
i=-IS u/V
(μ A)
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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。
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。
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
－－－－ － － －－－－ － －
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。
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：
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
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。
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。
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！
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。
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
பைடு நூலகம்+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。
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。
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
_ 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