第4章半导体二极管及其应用ppt课件.ppt

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1、第4章半导体二极管及其应用4.1半导体基础知识导体、绝缘体和半导体半导体的结构特点现代电子学中，用得最多的半导体是硅和锗，它们的最外层都电子（价电子）都是四个。它们的最外层电子既不像导体那样容易挣脱原子核的束缚成为自由电子，也不像绝缘体那样被原子核束缚很紧，内部没有自由电子，所以半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。一、本征半导体本征半导体就是纯净半导体。本征半导体中的四价元素是靠共价键结合成分子的。半导体包括本征半导体和杂质半导体共价键共用电子对硅和锗的共价键结构共价键具有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。在硅和锗晶

2、体中，每个原子都处于正四面体的中心，其它原子处在四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子间形成共价键。本征激发和两种载流子在常温下，本征半导体内部仅有极少数的价电子可以在热运动的激发下，挣脱原子核的束缚而成为晶格中的自由电子，与此同时，在共价键中将留下一个带正电的空位子，称为空穴。自由电子束缚电子空穴热运动激发所产生的电子和空穴总是成对出现的，称为电子-空穴对。本征半导体因热运动而产生电子-空穴对的现象称为本征激发。在外加电场力的作用下，自由电子的移动形成一个与自由电子移动方向相反的电流。外加电场力空穴的移动可以看成是自由电子定向

3、依次填充空穴而形成的，形成与空穴运动方向相同的空穴电流。半导体内部同时存在着自由电子和空穴移动所形成的电流是半导体导电方式的最大特点，也是半导体与金属导体在导电机理上本质的差别。在电子技术中把参与导电的物质称为载流子。本征半导体中有两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，由本征激发所产生的电子-空穴对越多，本征半导体内部载流子的浓度也越高，本征半导体的导电能力就越强，这就是半导体导电能力受温度影响的直接原因。本征半导体本征激发的现象还与原子的结构有关，硅的最外

4、层电子离原子核较锗的最外层电子近，所以硅最外层电子受原子核的束缚力较锗的强，本征激发现象比较弱，热稳定性比锗好。二、杂质半导体半导体的导电能力除了与温度有关外，还与半导体内部所含的杂质有关。在本征半导体中掺入微量的杂质，可以使杂质半导体的导电能力得到改善，并受所掺杂质的类型和浓度控制，使半导体获得重要的用途。由于掺入半导体中的杂质不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体两大类。1、N型半导体在本征半导体硅（或锗）中，掺入微量的五价元素，如磷（P）。五价元素的四个价电子与硅（或锗）原子组成共价键后、将多余一个价电子。这一多余

5、的电子不受共价键的束缚，容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子。于是，半导体中自由电子的数量剧增。多余电子磷原子每个磷原子给出一个电子，故称为施主原子。N型半导体中的载流子是什么？（1）由施主原子提供的电子，数目与施主原子相同；（2）本征激发成对产生的电子和空穴。由于掺入杂质使自由电子数目大大增加，所以在N型半导体中，自由电子数目远大于空穴数目。电子为多数载流子（简称多子），空穴为少数载流子（简称少子)。N型半导体主要靠自由电子导电，在本征半导体中掺入的杂质越多，所产生的自由电子数也越多，杂质半导体的导电能力就越强。2、P型半导体

6、在本征半导体硅（或锗）中，掺入微量的三价元素，如硼（B）。三价元素的3个价电子与硅（或锗）原子组成共价键后、将产生一个空位。空位硼原子这一空位容易被邻近的自由电子填补，产生一个空穴。于是，半导体中空穴的数量剧增。空穴每个硼原子接受一个电子，故称为受主原子。P型半导体中的载流子是什么？（1）由于受主原子而产生的空穴，数目与受主原子相同；（2）本征激发成对产生的电子和空穴。由于掺入杂质使数目空穴大大增加，所以在P型半导体中，空穴数目远大于自由电子数目。空穴为多数载流子（简称多子），电子为少数载流子（简称少子)。P型半导体主要靠空穴

7、导电，在本征半导体中掺入的杂质越多，所产生的空穴数也越多，杂质半导体的导电能力就越强。三、PN结利用特殊的掺杂工艺，可以在一块晶片的两边分别生成N型和P型半导体，在两者的交界处将形成PN结。P型半导体N型型半导体扩散运动漂移运动内电场E空间电荷区（扩散使空间电荷区加宽）（漂移使空间电荷区变薄）1、PN结的形成当参与扩散的多数载流子和参与漂移的少数载流子在数目上相等时，空间电荷区内电荷的数目将达到一个动态的平衡，并形成PN结。2、PN结的单向导电性（1）外加正向电压-----正向偏置(P接+,N接-)内电场E内外电场E外E外削弱

8、E内,空间电荷区变窄,扩散大大超过漂移,形成较大的正向电流Ⅰ,呈现比较小的电阻。I（2）外加反向电压-----反向偏置(P接-,N接+)E外增强E内,空间电荷区变厚,阻碍扩散,促进少子的漂移形成微小的反向电流ⅠS,呈现较大的电阻,ⅠS称为反向饱和电流。外电场E外内电场E内归纳