《电工学》秦曾煌下册电子技术详解
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(14-7)
二、本征半导体的导电机理
1.载流子、自由电子和空穴
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，本征半导体中没有可 以自由运动的带电粒子（即载流子），它的导 电能力为 0，相当于绝缘体。
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。
(14-14)
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量三价元素硼（或铟），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的
最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键
时，产生一个空位。
这个空位可能吸引束 缚电子来填补，使得
空位
+4
空穴
+4
硼原子成为不能移动
的带负电的离子。由
+3
+4
于硼原子接受电子， 所以称为受主原子。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
(14-4)
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中，每个原子都处在正四面体的中
心，而相邻四个原子位于四面体的顶点，每个原子与 其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶 体结构：
(14-5)
硅和锗的共价键结构
+4表示 除去价电 子后的原
是多子，受温度影响较小。
一般近似认为多子与杂质浓度相等。
(14-16)
课堂练习
1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
2. 在杂质半导体中少子的数量与 b （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
(14-8)
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
自由电子、空穴成对出现
(14-9)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子： 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴可吸引附近的电子 来填补，其结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可认为空穴是 载流子。
4. 在外加电压作用下，P 型半导体中电流主要 是 b ，N 型半导体中电流主要是 a 。 （a. 电子电流、b.空穴电流）
(14-17)
§14.2 PN 结及其单向导电性
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。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。
(14-15)
三、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体中多子和少子的移动都可形
成电流，但由于数量关系，起导电作用的主要
磷原子给出一个电子，
称为施主原子。
磷原子
+5
+4
(14-13)
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自由电子和空穴。
因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）。
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用பைடு நூலகம்子对
(14-6)
+4
+4
+4
+4
共价键形成后，每个原子 最外层电子是八个，构成比 较稳定的结构。
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
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。
(14-12)
一、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最
外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成
共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，
很容易被激发而成为
自由电子，这样磷原 子就成了不能移动的
多余 电子
+4 +4
带正电的离子。每个
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化 -- 热敏特性、光敏特性。
• 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变 -- 掺杂特性。
(14-3)
14.1.1 本征半导体
一、本征半导体的结构
现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)和锗 (Ge)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
自由电子：在晶格中运动；空穴：在共价键中运动
(14-10)
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。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高，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。
(14-18)
内电场越强，漂移运动 就越强，而漂移的结果 使空间电荷区变薄。
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
(14-11)
14.1.2 N 型半导体和P 型半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，会使 半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂 半导体的某种载流子的浓度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体， 也称为（电子半导体）。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也 称为（空穴半导体）。
导 体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(14-2)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如：
电子技术 模拟电路部分
第十四章 二极管和三极管
(1-0)
第十四章 二极管和三极管
§ 14.1 半导体的导电特性 § 14.2 PN结及其单向导电性 § 14.3 二极管 § 14.4 稳压二极管 § 14.5 晶体管 § 14.6 光电器件
(14-1)
§14.1 半导体的导电特性
导体、半导体和绝缘体
二、本征半导体的导电机理
1.载流子、自由电子和空穴
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，本征半导体中没有可 以自由运动的带电粒子（即载流子），它的导 电能力为 0，相当于绝缘体。
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。
(14-14)
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量三价元素硼（或铟），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的
最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键
时，产生一个空位。
这个空位可能吸引束 缚电子来填补，使得
空位
+4
空穴
+4
硼原子成为不能移动
的带负电的离子。由
+3
+4
于硼原子接受电子， 所以称为受主原子。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
(14-4)
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中，每个原子都处在正四面体的中
心，而相邻四个原子位于四面体的顶点，每个原子与 其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶 体结构：
(14-5)
硅和锗的共价键结构
+4表示 除去价电 子后的原
是多子，受温度影响较小。
一般近似认为多子与杂质浓度相等。
(14-16)
课堂练习
1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
2. 在杂质半导体中少子的数量与 b （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
(14-8)
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
自由电子、空穴成对出现
(14-9)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子： 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴可吸引附近的电子 来填补，其结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可认为空穴是 载流子。
4. 在外加电压作用下，P 型半导体中电流主要 是 b ，N 型半导体中电流主要是 a 。 （a. 电子电流、b.空穴电流）
(14-17)
§14.2 PN 结及其单向导电性
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。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。
(14-15)
三、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体中多子和少子的移动都可形
成电流，但由于数量关系，起导电作用的主要
磷原子给出一个电子，
称为施主原子。
磷原子
+5
+4
(14-13)
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自由电子和空穴。
因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）。
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用பைடு நூலகம்子对
(14-6)
+4
+4
+4
+4
共价键形成后，每个原子 最外层电子是八个，构成比 较稳定的结构。
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
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。
(14-12)
一、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最
外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成
共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，
很容易被激发而成为
自由电子，这样磷原 子就成了不能移动的
多余 电子
+4 +4
带正电的离子。每个
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化 -- 热敏特性、光敏特性。
• 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变 -- 掺杂特性。
(14-3)
14.1.1 本征半导体
一、本征半导体的结构
现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)和锗 (Ge)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
自由电子：在晶格中运动；空穴：在共价键中运动
(14-10)
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。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高，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。
(14-18)
内电场越强，漂移运动 就越强，而漂移的结果 使空间电荷区变薄。
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
(14-11)
14.1.2 N 型半导体和P 型半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，会使 半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂 半导体的某种载流子的浓度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体， 也称为（电子半导体）。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也 称为（空穴半导体）。
导 体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(14-2)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如：
电子技术 模拟电路部分
第十四章 二极管和三极管
(1-0)
第十四章 二极管和三极管
§ 14.1 半导体的导电特性 § 14.2 PN结及其单向导电性 § 14.3 二极管 § 14.4 稳压二极管 § 14.5 晶体管 § 14.6 光电器件
(14-1)
§14.1 半导体的导电特性
导体、半导体和绝缘体