模电第二章二极管PPT课件

使得硼原子得到一个电子而成为不能移动的带负电的离子。所以称为受主原子。
硅原子 空穴
硼原子
SS
i
i
BS i
.
P型半导体简化模型
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杂质半导体的示意图
P型半导体 多子—空穴
多子—电子 N型半导体
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ ++
少子—电子
少子浓度——与温度有关 少子—空穴
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。
Si 硅原子
.
Ge 锗原子 2
1. 硅和锗的共价键结构
原子最外层轨道上有4个价电子，每个原子的一个价电子与另一 个原子的一个价电子组一个电子对，为两个原子所共有，所以 称为共价键。因每个原子最外层有8个价电子，处于较稳定状态。
IF(扩)=0，所以，PN结具有“单向导电性”。
② 由于PN结受质量、外界因素（特别是温度）的影响，在PN结
面上有极少数的电子—空穴被激发，形成极小的反向穿透电流Is。
Is的大小决定于加工工艺、半导体材料、外界条件等，一般在几nA
～几μA范围内。
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③ 由于反向偏置使空间电荷层加厚，回路中无电流，故反 向偏置 时PN结的“反向电阻很大”。 ④ 反向电压加到某一电压（VBR）值时，有可能造成PN结 击穿损坏，一旦击穿损坏，回路就会形成很大的反向电流IF。 “击穿”分为电击穿（齐纳击穿——可恢复）和热击穿（雪崩 击穿—不可恢复）。 ⑤ 反向偏置时，PN结的伏安特性如下图所示。
在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。
c)空穴和电子成对出现,数目相等. 载流子 自由电子 带负电荷 电子流
空穴 带正电荷 空穴流 ＋总电流
结论:半导体导电性能随温度的升高而增大.既 受热产生电子——空穴对.T升高电子增加,但 数目有限.
本征半导体的导电性取决于外加能量：
少子漂移电流
多子扩散电流
PN结合
1.由于浓度差
多子载流子的扩散运动 形成空间
电荷区（耗尽层） 又称为阻挡层）
产生E内（方向：N P），（空区 阻碍多子的扩散，有利于少子的漂移
形成平衡的PN结。
2.形成平衡的PN结：i扩与 i漂 大小相等，方向相反，i总=0
硅 0.5V
E内
锗. 0.1V
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二、PN结的单向导电性
多子浓度——与温度无关
注：
对于杂质半导体，多子的浓度愈高，少子的浓度就越低。
可以认为，多子的浓度约等于所掺杂质原子的浓度，因而它受
温度的影响很小；而少子是本征半导体激发形成的，所以尽管
其浓度很低，却对温度非常敏感，这将影响半导体器件的性能。
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2.2 PN结的形成及特性 一、PN结的形成 ( P.32—33)
1、外加正向电压
在PN结两端外加一个正向电压电源，P端接“+” ，N端接“—” ，这种接
法为PN结的正向接法，称为PN结的“正向偏置”。如下图。
设外电场为VF，内电场Vth。
PN结正向伏安特性曲线
①当VF＜ Vth时，外电场无法克服内电场，因此回路无电流IF；
②当VF≥Vth时，外电场克服内电场，形成回路电流IF，此时PN结的正向电阻
（结电阻）很小； 常称PN结处于“导通”状态。
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③正向偏置时，PN结的伏安特性如上图所示。
2、外加反向电压 (P-，N +)，这种接法为PN结的反向接法，称为PN结的“反向偏 置”.
PN结的反向伏安特性曲线
设外电场为可调电压VF，内电场为Vth。 ① PN结反向偏置时外电场与内电场方向一致，空间电荷层加厚，
+4
+4
2)T增加 至T=300K时,有少量的电子空穴对 (空位).
3.两种载流子(仅两种)
1)电子:共价键中的价电子挣脱原子核的束缚成为自由电子,T增
加,自由电子增加.
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4
2)空穴:价电子成为自由电子后,共价键中就留下一个空位,称空穴. 因为原子中性破坏,显示出 a).带正电
b).可以“移动”:(空穴移动并非本身移动,而是对于电子补充而相对 移动)既有空穴的原子吸引相邻原子中的价电子补充这个空穴,于是出 现另一个空穴.再由相邻价电子补充,继续下去,好象空穴在运动.)电子 与空穴运动方向相反,空穴运相当于正电荷运动.
每个磷原子失去一个电子而成为不能移动的带正电的 离子，称为施主原子。
硅原子
N型半导体简化模型
磷原子
Si
Si
多余电 子
P
Si
.
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2.P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
在纯净的硅（Si）晶体中掺入3价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的 位置，就形成了P型半导体。由于杂质原子最外层有3个价电子，当与周围的硅原 子形成共价键时，就产生一个“空穴”,（这样就形成了大量空穴）。当硅外层电 子受热运动填补此空穴时(受主原子)，杂质原子成为不可移动的负离子，同时， 在硅原子的共价键中产生一个空穴。如图。（多子：空穴，少子：电子）。
第二章 半导体二极管及其基本电路 2.1 半导体的基本知识
在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体。
典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。
si
硅原子
GG ee
+ 44
锗原子
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硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子。
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一.本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常 称为“九个9”。
温度变化，导电性变化；光照变化，导
电性变化。
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二. 杂质半导体
1、N型（负）半导体 硅或锗 +少量磷 N型半导体
在纯净的硅（Si）晶体中掺入5价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子 的位置，就形成了N型半导体。由于杂质原子最外层有5个价电子，所以除 了与周围的硅原子形成共价键外，还多一个电子(无空穴),这样就形成了大量 电子。多出的电子不受共价键的束缚，由于受热激发，使它们成为自由电子 (增加了复合的机会,空穴数目减少)。由自由电子导电称电子半导体 .(多子:电 子,少子:空穴。)
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
.
共价键共 用电子对
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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。接近绝缘体。
2.特点:
+4
+4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1)在绝对零度(0K)时,没有自由运动的电子 ____ 载流子.