电子技术原理课件.ppt

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1、半导体二极管苏州大学计算机科学与技术学院半导体器件各种电子线路最重要的组成部分是半导体器件。半导体器件主要有二极管、稳压二极管、双极性三极管以及场效应管。自然界中的物质，依其导电能力的强弱，通常可分为3大类：导体、绝缘体和半导体。导体电阻率低于10-4Ω·cm的物质为导体，如铜、铝等。导体原子的最外层电子数目少，很容易摆脱原子核束缚而形成自由电子，在外电场作用下，这些自由电子将逆着电场方向作定向运动形成较大的电流，因此导体的导电能力强。绝缘体电阻率高于109Ω·cm的物质为绝缘体，如云母、橡胶等，最

2、外层电子数大多为8个的稳定结构，其原子核对最外层电子的束缚力很大，常温下能形成自由电子的数目很少，因此导电能力差。半导体半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间，如硅、锗等。制造半导体器件的材料都要制成单晶体，如单晶硅或单晶锗，它们是由原子按一定的规则整齐地排列（空间点阵）而成的，由于这种半导体非常纯净，几乎不含杂质，结构又完整，所以称为本征半导体。半导体的导电性能同样与其原子结构有关。硅和锗的原子结构有一个共同点，即都是四价元素，其原子的最外层电子数都是4个，原子的最外层电子通常称为价电子。价电子受核

3、的束缚力最小，半导体的导电性能与价电子有关，内层电子与原子核构成稳定的惯性核，若用+4代表惯性核所具有的电荷量，则可以用右图表示硅或锗的简化原子结构模型。硅或锗制成单晶体后，由于晶体中原子之间距离很近，价电子不仅受到其所属原子核的作用，还受到相邻原子的原子核的吸引，即一个价电子为相邻的两个原子核所共有。如图所示，这样，相邻原子之间通过共有价电子的形式而紧密结合起来，即形成“共价键”结构。共价键结构本征激发本征半导体晶体原子间的共价键具有很强的结合力，在绝对零度（-237℃）时，价电子无法挣脱共价键的

4、束缚，不能自由移动，所以共价键内的价电子又叫束缚电子，这样虽然有大量的价电子，但没有自由电子，此时，半导体不导电。当温度上升或受光照时，价电子以热运动的形式不断从外界获得一定的能量，少数价电子因获得的能量较大，而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，同时在原来的共价键的相应位置上留下一个空位，叫“空穴”，如图的A处为空穴，B处为自由电子，显然，自由电子和空穴是成对出现的，所以称它们为电子—空穴对。把在光或热的下，本征半导体中产生电子—空穴对的现象，叫本征激发。本征激发产生的自由电子将在电场的作用下定向运动

5、形成电流，因此它构成本征半导体中的一种载流子——电子载流子。那么当共价键中由于失去一个价电子而出现一个空穴时，如图中A处，与其相邻的价电子很容易离开它所在的共价键填补到这个空穴中来，使该价电子原来所处的共价键中出现一个空穴，如图中C处，这样空穴便从A处移至C处。同样，又可从C处移至D处，因此，空穴似乎可以在半导体中自由移动，这实质上是价电子填补空穴的运动。在电场作用下，大量的价电子依次填补空穴的定向运动形成电流，为区别于自由电子的运动，把这种价电子填补空穴的运动叫“空穴运动”。通常认为空穴是一种带正

6、电荷的载流子，它所带电量与电子相等，符号相反。那么为什么不说是价电子的运动，而说是空穴的运动呢？这是因为本征半导体的导电能力只取决于电子—空穴对的多少，而与其价电子的数目无关，只有少量的价电子在共价键中依次作填补运动才起导电作用。掺杂特性在本征半导体中掺入少量的特殊元素，就构成杂质半导体。杂质半导体的导电能力大大增强，且掺入的杂质越多，其导电能力越强，这就是半导体的掺杂特性。当然，掺入的杂质是有严格控制的，根据掺入杂质化合价的不同，杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两大类。1.N型半导体在四价元素

7、晶体中掺入微量的五价元素，如磷、砷、锑等。组成共价键时，多余的一个价电子处于共价键之外，束缚力较弱而成为自由电子，同时杂质原子变成带正电荷的离子。显然掺入的杂质越多，杂质半导体的导电性能越好，这种掺杂所产生的自由电子浓度远大于本征激发所产生的电子—空穴对的浓度，所以杂质半导体的导电性能远超过本征半导体。由于杂质半导体中自由电子浓度远大于空穴浓度，所以称电子为多数载流子（又称多子），空穴为少数载流子（又称少子），因为这种半导体的导电能力主要依靠自由电子，所以称其为N型半导体或电子型半导体。2.P型半导

8、体在四价晶体中掺入微量的三价元素，如铝、硼、锢等，三价原子在与四价原子组成共价键时，因缺少一个电子而产生一个空穴，很容易吸引邻近的价电子来填补，于是杂质原子变为带负电荷的离子，而在邻近的四价原子处出现一个空穴，由于这种杂质原子能吸收电子，因此称为“受主杂质”。在这种杂质半导体中，空穴浓度远大于自由电子浓度，空穴为多子，自由电子为少子。因为这种半导体的导电主要依靠空穴，而空穴带正电荷，所以称其为P型半导体或空穴型半导体。N型、P型半导体总体上均是电中性的，其内部均有两种