md02PN结的形成及特性

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1、第三章　二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识3.2PN结的形成及特性3.3二极管3.4二极管的基本电路及其分析方法半导体的特性、PN结的形成及特性主要内容什么是半导体？本征半导体杂质半导体P型半导体N型半导体PN结的形成及特性目的与要求了解本征半导体的结构和特征理解杂质半导体的结构和特征牢固掌握P型和N型半导体的特点理解PN结的形成机理，掌握其单向导电性重点：PN结的单向导电性难点：PN结的形成机理半导体的导电性能由其原子结构决定的。一、什么是半导体？导体：电阻率<10-4·cm的物质。如铜、银、铝等金属材料。绝缘体：电阻率>109·cm物质。如橡胶、塑料等。半导体：导电性能

2、介于导体和绝缘体之间的物质。大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si)和锗(Ge)。硅原子结构(a)硅的原子结构图最外层电子称价电子价电子锗原子也是4价元素。4价元素的原子常常用+4电荷的正离子和周围4个价电子表示。+4(b)简化模型一、什么是半导体？+4+4+4+4+4+4+4+4+4二、本征半导体本征半导体：完全纯净的（9个9）、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体。单晶体中的共价键结构共价键价电子当温度T=0K时，本征半导体不导电，如同绝缘体。二、本征半导体本征激发+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴若温度升高，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中

3、留下一个空位——空穴。本征半导体具有微弱的导电能力，且导电能力与温度有关。空穴可看成带正电的载流子（热激发）二、本征半导体自由电子-空穴对：本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现的。两种载流子自由电子空穴由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。载流子的浓度与温度密切相关：随着温度的升高，基本按指数规律增加。三、杂质半导体P型半导体N型半导体1、N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体。掺入杂质后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有5个价电子，其中

4、4个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。1、N型半导体施主原子N型半导体也称为电子型半导体多数载流子——电子少数载流子——空穴电子浓度＞＞空穴浓度施主原子自由电子1、N型半导体思考：空穴比未加杂质时的数目多了还是少了？为什么？杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。在T=300K室温下：本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm3；本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm3；掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3。该三个浓度依次相差6个数量级。2、P型半导体在硅或锗的晶

5、体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。P型半导体的晶体结构2、P型半导体P型半导体的特点空穴浓度远大于电子浓度，即p>>n多数载流子——空穴少数载流子——电子在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？3、杂质半导体说明(a)N型半导体(b)P型半导体杂质半导体的导电能力大大改善，且其导电能力由掺杂质浓度决定。掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体的表示方法：为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电

6、性能？为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？问题四、PN结的形成及其单向导电性在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。PNPN结图1.2.1PN结的形成1、PN结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN□扩散运动□扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。——PN结，耗尽层。PN□空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场UD空间电荷区正负离子之间电位差UD——电位壁垒；——内电场；内电场阻止多子的扩散——阻挡层。□漂移运动□内电场有利于少子运动—漂移。阻挡层

7、1、PN结中载流子的运动□少子的运动与多子运动方向相反1、PN结中载流子的运动扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。空间电荷区的宽度约为几微米~几十微米；电压壁垒UD：硅材料约为(0.6~0.8)V,锗材料约为(0.2~0.3)V。2、PN的单向导电性PN结外加正