合肥工业大学 模电 第3章

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1、第3章半导体二极管及其基本应用电路本章重点1.二极管的单向导电性、稳压管的原理。本章讨论的问题：1为什么采用半导体材料制作电子器件？2.什么是N型半导体？什么是P型半导体？当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？3.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么具有单向性？在PN结中加反向电压时真的没有电流吗？3.1半导体的基础知识3.1.1本征半导体1.导体、半导体和绝缘体导体：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，如橡胶、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有

2、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。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：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。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。热敏性和光敏性掺杂性+4+4+4+4+4+4+4+4+4完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。价电子共价键图3.1.1本征半导体结构示意图2.本征半导体的晶体结构+4+4+4

3、+4+4+4+4+4+4图3.1.2本征半导体中的自由电子和空穴自由电子空穴T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。3.本征半导体中的两种载流子（动画1-1）（动画1-2）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着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。本征半导体的导电原理+4+4+4+4在电场的作用下，一方面，自由电子将产生定向移动，形成电子电流，另一方面，价电子将

4、按一定的方向依次填补空穴，其效果相当于空穴向相反的方向产生定向移动，形成空穴电流，因此，空穴可看作是一种载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。空穴可看成带正电的载流子。温度越高，载流子的浓度越高。因此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。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。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。4、本征半导体中载流子的浓度本征激发：本征半导体因受激发而产生自由电子和空穴对

5、的现象。复合：自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失的现象。动态平衡：在一定的温度下，单位时间内本征激发产生的电子空穴对与因复合而消失的电子空穴对相等，本征半导体中载流子的浓度一定。1.半导体中两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴2.本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，　　　称为电子-空穴对。3.本征半导体中自由电子和空穴的浓度用ni和pi表示，显然ni=pi。4.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

6、浓度就一定了。5.载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升　　　高，基本按指数规律增加。小结：3.1.2杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导体1.N(Negative)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(或称电子型　　半导体)。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子图3.1.3N型半导体空穴浓度少于电子浓度，即n>>p。电子为多数载流子，空穴为少数载流子。二、P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗的晶体中掺入少量的3价

7、杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。+3空穴浓度多于电子浓度，即p>>n。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。3价杂质原子称为受主原子。受主原子空穴图3.1.4P型半导体说明：1.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。4.杂质半导体总体上保持电中性。3.杂质半导体的表示方法如下图所示。2.杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。(a)N型半导体(b)P型半导体图　杂质半导体的简化表示法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

8、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PN结的形成3.1.3PN结耗尽层空间电荷区PN1).扩散运动2).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。——耗尽层。PN1.PN结的形成3).空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间电荷区正负离子之间电位差Uho——电位壁垒；——内电场；内电场阻止多子的扩散——阻挡层。4).漂移运动内电