1.1 半导体物理基础知识(下)

电子线路

第1 章晶体二极管

目录

半导体物理基础知识

1

PN 结

2

晶体二极管电路分析方法3

晶体二极管的应用

4

1.1半导体物理基础知识（下）

微量杂质

本征半导体

导电性能发生显著变化杂质半导体

N 型半导体

P 型半导体

掺入五价元素的杂质晶体自由电子浓度

掺入三价元素的杂质晶体空穴浓度

（电子型半导体）（空穴型半导体）有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）

N型半导体

本征半导体中掺入少量

五价元素(磷\锑\砷)构成。

+4

+4+5

+4

+4

多余电子成

为自由电子

N型半导体

+4

+4+5

+4

+4

多余电子成

为自由电子

简化模型：

五价元素：施主杂质

杂质浓度：N d

N 型半导体

自由电子浓度

空穴自由电子

N型半导体

自由电子浓度

空穴自由电子

复合机会

空穴浓度

多子——自由电子N型半导体

少子——空穴

P型半导体

本征半导体中掺入少量

三价元素（硼\镓\铟)构成。

+4

+4+3

+4

+4

空穴

P型半导体

+4

+4+3

+4

+4

空穴

简化模型：

三价元素：受主杂质

杂质浓度：N a

P型半导体

空穴浓度

自由电子空穴

P型半导体

空穴浓度

自由电子空穴

复合机会自由电子浓度

多子——空穴

P型半导体

少子——自由电子

杂质半导体中载流子浓度计算

热平衡条件

×n i2多子浓度少子浓度=本征半导体

载流子浓度

热平衡方程

n0 p0=n i2

杂质半导体中载流子浓度计算 热平衡方程

n0 p0=n i2

：电子浓度

n0

：空穴浓度

p

n i：本征载流子浓度

杂质半导体中载流子浓度计算电中性条件

多子浓度=掺杂浓度+少子浓度（半导体中的正电荷量=负荷电量）

杂质半导体中载流子浓度计算 电中性方程

N 型：n 0 =N d +p 0 N d ≈P 型：p 0 =N a +n 0 N a ≈（N d >>p 0）

（N a >>n 0）

杂质半导体

杂质半导体中载流子浓度计算

杂质半导体呈电中性

多子浓度取决于掺杂浓度

少子浓度取决于温度

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论掺杂后: 多子浓度>>少子浓度

少量掺杂使载流子显著增加，导电能力增强

多子浓度近似等于掺杂浓度，与温度无关

少子浓度随温度升高显著增加

少子的温度敏感特性是导致半导体器件温度

特性差的主要原因

论

当温度升高到一定程度，n o和p o浓度相当时，

杂质半导体会变成本征半导体

掺入不同的杂质元素，能改变杂质半导体的

导电类型，这是制造PN结的一种主要方法

漂移与漂移电流

载流子在电场作用下的运动称漂移运动，形成的电流称漂移电流。

漂移与漂移电流S

+ -V

电场E

I

空穴电流I PT 电子电流I nT 漂移电流

漂移与漂移电流

漂移电流密度

E

qp

J

p

pt

μ

=

(-q)

J nt n

n

E =-μ

迁移率μ：单位场强下的平均漂移速度，与温度、材料、掺杂浓度等有关。

漂移与漂移电流漂移电流密度E

qp J p pt μ=(-q )J nt n n E =-μ总漂移电流密度J t J nt J pt E q (p )

μp n n μ=+=+

扩散与扩散电流

载流子在浓度差作用下的运动称扩散运动，所形成的电流称扩散电流。

扩散与扩散电流

载流子浓度

x n 0p 0

n (x )

p (x )N 型硅

光照有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）

扩散与扩散电流载流子浓度

x n 0

p 0n (x )p (x )半导体中任一假想面两侧存在浓度差，造成载流子沿x 方向的净流动。空穴电流I PD 电子电流I nD 扩散电流

扩散与扩散电流

载流子浓度

x

n 0

p 0n (x )p (x )扩散电流是半导体的特有电流。

扩散与扩散电流

扩散电流密度

扩散系数

（与温度、材料、

掺杂浓度等有关）

半导体两种导电方式

电场作用下的漂移电流：与电场强度成正比，比例系数为

非平衡载流子浓度差作用下的扩散电流：与浓度梯度成正比，比例系数为D