第1章半导体器件..教学文案
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在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。
按照掺入的杂元素不同，杂质半导体可分为：
N型半导体 P型半导体
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
Si
Si 多余电子
P
Si
符号
+
P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
空穴
Si Si
符号
B
Si
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体
+ +++++ + + 内移+ 电运+场动越越+ 强强+，，就而使漂漂移 + + 使+ 空+间电+ 荷+区变薄。
+ +++++
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
PN结加反向电压（反向偏置）： P区加负、 N区加正电压（P区电位低于N区电位）。
PN结正向偏置
空间电荷区变薄
P +
－+ －+ －+
正向电－流 +
N _
内电场减弱，使扩散加强， 扩散飘移，正向电流大
PN结反向偏置
空间电荷区变厚
P _
－－ + +
N
－－ + +
－－ + +
+
反向饱和电流很小，A级
－－ + +
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
N型半导 内电场E 体
－－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
空间电荷区
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
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
1、本征半导体的共价键结构
除去价电子 后的正离子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征 半导体。本征半导体的导电能力很弱。
2、本征半导体的导电机理
(1)载流子
压时，就会引起耗尽层的空间电荷的变化，相当于电容的
充放电，称为势垒电容
Cb
扩散电容：当外加正向电压时，注
入P 区的少子（电子）在P 区有浓 度差，越靠近PN结浓度越大，即在
齐纳击穿 在材料掺杂浓度较高的PN结中，在加有
一定的反向电压下，PN结空间电荷区中存 一个强电场，它能够破坏共价键，将束缚电 子分离出来造成电子–空穴对，形成较大的 反向电流，发生齐纳击穿。利用该特点可制 作稳压二极管。
PN结的雪崩击穿示意图
四、PN结的电容效应
势垒电容：耗尽层是积累空间电荷的区域，当外加反向电
雪崩击穿 在材料掺杂浓度较低的PN结中，当PN结反向电压增加时，空间电荷区
中的电场随着增强。这样，通过空间电荷区的电子和空穴，就会在电场作 用下获得的能量增大，在晶体中运动的电子和空六将不断地与晶体原子又 发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键 中的电子激发形成自由电子–空穴对。新产生的电子和空穴也向相反的方 向运动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子–空穴对，这就是载 流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像 在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增加得多而快，这样，反向电 流剧增， PN结就发生雪崩击穿。 利用该特点可制作高反压二极管。
N型半导 内电场E 体
+ + + + 所+ 以+扩散和漂 移这一对相反
+ + + + 的+ 运+动最终达 到平衡，相当
+ + + + 于+ 两+个区之间 + + + + 没空+ 有间+电电荷荷运区动的，
厚度固定不变。
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扩散运动
二、 PN结的单向导电性
PN结加正向电压（正向偏置）： P区加正、 N区加负电压（P区电位高于N区电位）。
第1章半导体器件..
第一章 常用半导体器件
主要内容：
1. 半导体的基本知识 2. 常用半导体器件
（1）二极管 （2）三极管 （3）场效应管
§1.1 半导体的基本知识
1.1.1 本征半导体
一、半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 性质： A 光敏和热敏特性
B 掺杂特性 二、本征半导体 纯净的具有晶体结构的半导体。
载流子：可以运动的带电粒子。 在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全
被共价键束缚着，本征半导体中没有载流子，它的导电 能力为 0，相当于绝缘体。
本征激发：在常温下，由于热激发，使一些价电子获得 足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时 共价键上留下一个空位，称为空穴。这种现象称为本征 激发。
uD
当外加反向电压，uD >>UT时，eVT 1,
PN结的伏安特性
uD
i I e，VTPN结为正向导通状态。
D
S
i I，PN结为反向截止状态。
D
S
PN结的反向击穿
当PN结的反向电压
iD
增加到一定数值时，反
向电流突然快速增加，
此现象称为PN结的反
向击穿。
V BR
O
D
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆 热击穿——不可逆
内电场加强，使扩散停止， 有少量飘移，反向电流很小
三、PN结的伏安特性
PN结的电流方程
u D
iD IS(eUT 1)
其中： uD ——外加电压 IS ——反向饱和电流
iD/m A 1.0
0.5
– 1.0
– 0.5
0
0.5
1.0 D/V
UT——温度的电压当量
uD
当外加正向电压，uD>>UT时，eVT 1,
P型半导体
空穴：多子 自由电子：少子
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
自由电子：多子 空穴：少子
1.1.3 PN结
一、 PN 结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造P型半导
体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们 的交界面处就形成了PN结。
载流子的两种运动方式： 漂移：载流子在电场内所做的定向运动。 扩散：载流子由高浓度区向低浓度区的运动。
+4
+4
+4
+4
空穴失去带负电的电子， 相当于带等量的正电荷；
空穴吸引附近的束缚电 子来填补，这样的结果相当 于空穴的迁移。
因此空穴相当于可以运 动的正电荷，故可视为载流 子。
空穴
+4 +4
自由电子
+4
+4
束缚电子
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，故称电子空穴对。
1.1.2杂质半导体
按照掺入的杂元素不同，杂质半导体可分为：
N型半导体 P型半导体
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
Si
Si 多余电子
P
Si
符号
+
P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
空穴
Si Si
符号
B
Si
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体
+ +++++ + + 内移+ 电运+场动越越+ 强强+，，就而使漂漂移 + + 使+ 空+间电+ 荷+区变薄。
+ +++++
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
PN结加反向电压（反向偏置）： P区加负、 N区加正电压（P区电位低于N区电位）。
PN结正向偏置
空间电荷区变薄
P +
－+ －+ －+
正向电－流 +
N _
内电场减弱，使扩散加强， 扩散飘移，正向电流大
PN结反向偏置
空间电荷区变厚
P _
－－ + +
N
－－ + +
－－ + +
+
反向饱和电流很小，A级
－－ + +
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
N型半导 内电场E 体
－－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
空间电荷区
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
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
1、本征半导体的共价键结构
除去价电子 后的正离子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征 半导体。本征半导体的导电能力很弱。
2、本征半导体的导电机理
(1)载流子
压时，就会引起耗尽层的空间电荷的变化，相当于电容的
充放电，称为势垒电容
Cb
扩散电容：当外加正向电压时，注
入P 区的少子（电子）在P 区有浓 度差，越靠近PN结浓度越大，即在
齐纳击穿 在材料掺杂浓度较高的PN结中，在加有
一定的反向电压下，PN结空间电荷区中存 一个强电场，它能够破坏共价键，将束缚电 子分离出来造成电子–空穴对，形成较大的 反向电流，发生齐纳击穿。利用该特点可制 作稳压二极管。
PN结的雪崩击穿示意图
四、PN结的电容效应
势垒电容：耗尽层是积累空间电荷的区域，当外加反向电
雪崩击穿 在材料掺杂浓度较低的PN结中，当PN结反向电压增加时，空间电荷区
中的电场随着增强。这样，通过空间电荷区的电子和空穴，就会在电场作 用下获得的能量增大，在晶体中运动的电子和空六将不断地与晶体原子又 发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键 中的电子激发形成自由电子–空穴对。新产生的电子和空穴也向相反的方 向运动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子–空穴对，这就是载 流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像 在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增加得多而快，这样，反向电 流剧增， PN结就发生雪崩击穿。 利用该特点可制作高反压二极管。
N型半导 内电场E 体
+ + + + 所+ 以+扩散和漂 移这一对相反
+ + + + 的+ 运+动最终达 到平衡，相当
+ + + + 于+ 两+个区之间 + + + + 没空+ 有间+电电荷荷运区动的，
厚度固定不变。
wk.baidu.com
扩散运动
二、 PN结的单向导电性
PN结加正向电压（正向偏置）： P区加正、 N区加负电压（P区电位高于N区电位）。
第1章半导体器件..
第一章 常用半导体器件
主要内容：
1. 半导体的基本知识 2. 常用半导体器件
（1）二极管 （2）三极管 （3）场效应管
§1.1 半导体的基本知识
1.1.1 本征半导体
一、半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 性质： A 光敏和热敏特性
B 掺杂特性 二、本征半导体 纯净的具有晶体结构的半导体。
载流子：可以运动的带电粒子。 在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全
被共价键束缚着，本征半导体中没有载流子，它的导电 能力为 0，相当于绝缘体。
本征激发：在常温下，由于热激发，使一些价电子获得 足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时 共价键上留下一个空位，称为空穴。这种现象称为本征 激发。
uD
当外加反向电压，uD >>UT时，eVT 1,
PN结的伏安特性
uD
i I e，VTPN结为正向导通状态。
D
S
i I，PN结为反向截止状态。
D
S
PN结的反向击穿
当PN结的反向电压
iD
增加到一定数值时，反
向电流突然快速增加，
此现象称为PN结的反
向击穿。
V BR
O
D
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆 热击穿——不可逆
内电场加强，使扩散停止， 有少量飘移，反向电流很小
三、PN结的伏安特性
PN结的电流方程
u D
iD IS(eUT 1)
其中： uD ——外加电压 IS ——反向饱和电流
iD/m A 1.0
0.5
– 1.0
– 0.5
0
0.5
1.0 D/V
UT——温度的电压当量
uD
当外加正向电压，uD>>UT时，eVT 1,
P型半导体
空穴：多子 自由电子：少子
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
自由电子：多子 空穴：少子
1.1.3 PN结
一、 PN 结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造P型半导
体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们 的交界面处就形成了PN结。
载流子的两种运动方式： 漂移：载流子在电场内所做的定向运动。 扩散：载流子由高浓度区向低浓度区的运动。
+4
+4
+4
+4
空穴失去带负电的电子， 相当于带等量的正电荷；
空穴吸引附近的束缚电 子来填补，这样的结果相当 于空穴的迁移。
因此空穴相当于可以运 动的正电荷，故可视为载流 子。
空穴
+4 +4
自由电子
+4
+4
束缚电子
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，故称电子空穴对。
1.1.2杂质半导体