《半导体与三极管》PPT课件

遇到空穴后，两者
Si
Si
同时消失，称为复
合现象
自由
电子
温度一定时，本征半导体中的自由电子—空穴对的数目 基本不变。温度愈高，自由电子—空穴对数目越多。
半导体导电方式
在当半半导导体体中两，端同加时上 存外在电着压电时子，导自电由和电 空子穴作导定电向，运这动是形半成 导电体子导电电流方；式的最 大特点，也是半导 体而和空金穴属吸在引导相电邻原原 理子上的的价本电质子差来别填。补， 因载导所体而一相（移为 以流 电 器个动在当相，，子性件空）该于当温 温数 能 性穴。原空于度 度目 也 能，子 穴 正愈 对愈 就 的其中 的 电高 半多 愈 影结出 运 荷， 导， 好 响果现 动 的， 很大。
扩散和漂移这一 对相反的运动最终达 到动态平衡，空间电 荷区的厚度固定不变。
浓度差 形成空间电荷区
多子的扩散运动
扩散的结果使空间电 荷区变宽。
15.2.2 PN结的单向导电性
1. 外加正向电压使PN结导通（正向偏置）
变窄
P
N
I
内电场 方向
外电场方向
+–
P接正、N接负
内电场被 削弱，多 子的扩散 R 加强，形 成较大的 扩散电流。
应用最多的本征 半导体为锗和硅，它 们各有四个价电子， 都是四价元素.
硅的原子结构
本征半导体晶体结构中的共价健结 构 共价健：由相邻两个原子各拿出一个价电
子组成价电子对所构成的联系。
共纯价键净的半导Si 体其S所i 有的原价子电子 基本上整齐排列，形成晶体结
构，所以半导体也称为晶体
Si
Si
——晶体管名
(2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P
型半导体。其中空穴是多数载流子，电子是少数 载流子，此外还有不参加导电的负离子。
(3)杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度， 少子由本征激发产生，其浓度与温度有关
15.2 PN结
PN结： 是指在P型半导体和N型半导体的交界处形
成的空间电荷区。
PN结是构成多种半导体器件的基础。 二极管的核心是一个PN结；三极管
掺入的微量元素——“杂质”。
掺入了“杂质”的半导体称为“杂质”半导 体。
N型半导体
在硅或锗的晶体中掺
入微量的磷（或其它
多余
五价元素）。
Si
Si
电子
自由电子是多数载 流子，空穴是少数 载流子。
电子型半导体
P+
Si
或N型半导体
P型半导体
在硅或锗晶体中 掺入硼（或其它 三价元素）。
Si
Si
空穴
空穴是多数载流
扩散运动和漂移运动的动态平衡
扩散强
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内电场增强
漂移运动增强
两者平衡
PN结宽度基本稳定
外加 电压
平衡 破坏
扩散强 漂移强
PN结导通 PN结截止
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动
P 型半导体
内电场
内电场越强，漂移运动越 强，而漂移使空间电荷区变薄。
N 型半导体
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + +
Si
Si
空穴
Si
Si
价电 子
载流子 自由电子和空穴
半导体由于热激发而不断产生电子空穴 对，那么，电子空穴对是否会越来越多， 电子和空穴浓度是否会越来越大呢？
实验表明，在一定的温度下，电子浓度 和空穴浓度都保持一个定值。
半导体中存在
载流子的产生过程
载流子的复合过程
综上所述：
(1)半导体中有两种载流子：自由电子和空 穴，电子带负电，空穴带正电。 (2)本征半导体中，电子和空穴总是成对地 产生。 (3)半导体中，同时存在载流子的产生和复 合过程。
物质。（如硅、锗、硒及大 多数金属氧化物和硫化物）
半导体特性：热敏特性、光敏特性、掺杂特性
半导体的导电能力具有独特的性质。
①温度升高时，纯净的半导体的导电能力显 著增加；
②纯净的半导体受到光照时，导电能力明显 提高；
③在纯净半导体材料中加入微量的“杂质” 元素，它的电导率就会成千上万倍地增长。
15.1.1 本征半导体
本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的 半导体，半导体。
原子的组成：
带正电的原子核；若干个围绕原子核运动的 带负电的电子； 且整个原子呈电中性。 半导体器件的材料：
硅（Silicon-Si）：四价元素，硅的原子序数 是14，外层有4个电子。
锗（Germanium-Ge）：也是四价元素，锗的原 子序数是32，外层也是4个电子
PN结呈现低阻导通状态，通过PN结的电流基本 是多子的扩散电流——正向电流
中包含了两个PN结。
15.2.1 PN结的形成
有电场力作用时，电子和空穴便产生定向运 动，称为漂移运动（Drift Movement）。
由于浓度差而引起的定向运动称为扩散运动 （Diffusion Movement）。
P
N
空穴
自由电子
PN结是由扩散运动形成的
P
空间电荷区
N
空穴
内电场方向
自由电子
第15章 半导体二极管和三极管
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目录
15.1 半导体的导电特性 15.2 PN结 15.3 半导体二极管 15.4 稳压管 15.5 半导体三极管
15.1 半导体的导电特性
物质根据其导电性能分为: 导体：导电能力良好的物质。
绝缘体：导电能力很差的物质。 半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之 间 的
注意：
本征半导体中载流子数目极少, 其导电性 能很差；
温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的 导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器 件性能影响很大。
15.1.2 N型半导体和P型半导体
本征半导体的物理性质：纯净的半导体中掺 入微量元素，导电能力显著提高。
本征半导体的电导率很小，而且受温度和光 照等条件影响甚大，不能直接用来制造半导体 器件。
称的由来
自由电子与空穴
共价键中的电子
在获得一定能量
后（温度升高或
受光照），即可
Si
Si
挣脱原子核的束
缚，成为自由电
子（带负电）。
Si
Si
同时在共价键中 留下一个空穴 （带正电） 。
空穴
自由 电子
热激发与复合现象
由于受热或光照产
生自由电子和空穴
的现象-----热激
空穴
发（或称为本征激
Si
Si
发）
自由电子在运动中
子，自由电子是
少数载流子。
B-
Si
空穴型半导体 或P型半导体。
不论N型半导体还是P型 半导体，虽然它们都有一种 载流子占多数，但是整个晶 体仍然是不带电的。
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综上所述：
(1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N 型半导体。N型半导体中，电子是多数载流子，
空穴是少数载流子，此外还有不参加导电的正离 子。