第3章 半导体二极管及其基本应用电路ppt课件.ppt

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1、第3章半导体二极管及其基本应用电路导体（conductors）、半导体(semiconductors)和绝缘体(insulators)自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体的特点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。3.1半导体基本知识当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。（热敏性、光敏性）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。（掺杂性）如光敏电阻,热敏电阻可增加几十万至几百万倍。例如在纯硅中参入百万分之一的硼后，硅的电

2、阻率就从大约2x103•m减小到4x10-3•m左右.利用这种特性就做成了各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管、场效应管及晶闸管等。3.1.1本征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(4价元素)。GeSi硅原子锗原子硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。多硅晶块硅原料高温下加工提炼、分离、冷却单晶炉单晶棒高温、提拉、冷却晶片通过一定的提纯工艺过程，可以将半导体制成晶体。化学成分完全纯净的,具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。（制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称

3、为“九个9”）。硅和锗的晶体结构在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子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。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成化学上的稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+

4、41.当半导体处于热力学温度0K时，半导体中没有自由电子,所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。2.当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有极少数的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。3.自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。空穴运动相当于正电荷的运动这一现象称为本征激发，也称热激发。本征半导体的导电机理+4+4+4+4本征半导体的导电机理自由电子

5、空穴束缚电子可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合，如图所示。激发复合本征激发和复合的过程本征激发与复合在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。常温300K时：电子空穴对的浓度硅：锗：本征半导体的导电机理自由电子带负电荷电子流载流子空穴带正电荷空穴流空穴在晶格中的移动在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。当半导体两端加上外电压时,半导体中将出现两部分电流:1、自由电子

6、作定向运动所形成的电子电流,2、应被原子核束缚的价电子(注意,不是自由电子）递补空穴所形成的空穴电流。自由电子和空穴都成为载流子。本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断地复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，于是半导体中的载流子（自由电子和空穴）边维持一定数目。温度越高，载流子数目越多，导电性能也就越好。所以，温度对半导体器件性能的影响很大。本征半导体的导电机理3.1.2杂质半导体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。（掺杂性）其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。使自由电子浓度大

7、大增加的杂质半导体称为N型半导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为P型半导体（空穴半导体）。1、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，其中四个与相临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带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。+4+4+5+4N型半导体多余电子磷原子硅原子多数载流子——自由电子少数载流子——空穴++++++++++++N型半导体施主离子自由电子电

8、子空穴对Q:N型半导体带负电？2、P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂