电子技术教学课件作者周俊第1章.ppt

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1、第1章常用半导体元件1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.4半导体三极管1.5半导体使用基础知识1.6场效应管简介1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体不含杂质且具有完整品体结构的半导体称为本征半导体。最常用的本征半导体是锗和硅品体，它们都是四价元素，在其原子结构模型的最外层轨道上各有四个价电子。在单品结构中，由于原子排列的有序性，价电子为相邻的原子所共有，形成了如图1-1所示的共价键结构，图中的+4表示四价元素原子核和内层电子所具有的净电荷。本征半导体在温度T=0K(热力学温度)目没

2、有其他外部能量作用时，其共价键中的价电子被束缚得很紧，不能成为自由电子，这时的半导体不导电，在导电性能上相当于绝缘体。但是，当半导体的温度升高或给半导体施加能量(如光照)时，就会使共价键中的某些价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位，这个现象称为本征激发，如图1-2所示，自由电子是本征半导体中可以参与导电的一种带电粒子，叫做载流子。下一页返回1.1半导体基础知识价电子脱离共价键成为自由电子后，在原来的位子上就会形成一个空位，称为空穴。在本征半导体中，自由电子和空穴是

3、成对出现的。原子失去价电子后带正电，可等效看成带正电的空穴。空穴很容易吸引邻近共价键中的价电子来填补这个空穴，因而使这个邻近的原子也因失去价电子而产生新的空穴。这个空穴又会被其他价电子填补，又产生一个新的空穴，如此下去，就好像是带正电的空穴在移动一样。实际上空穴是没有移动的，移动的只是价电子。于是空穴可以被看作是带正电的载流子。自由电了和空穴在运动中相遇时会重新结合而成对消失，这种现象称为复合。温度一定时自由电子和空穴的产生与复合将达到动态平衡，这时自由电子和空穴的浓度一定。上一页返回下一页1.1半导体基础

4、知识1.1.2P型半导体和N型半导体在四价的硅(或锗)中掺入少量的硼(或钵等其他二价元素)，则在品体某些位置上的硅原子将被硼取代，而硼原子只能提供二个价电子，它与相邻的四个硅原子构成共价键时，必有一个共价键因缺少一个电子而出现空穴，室温下这个空穴极容易被邻近共价键中的价电子所填补，使硼离子成为负离子，称为空间电荷，如图1-3所示。掺入二价元素将使半导体中的空穴数量大为增加。这种以空穴导电为主的半导体，称为P型半导体，其中空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。下一页返回上一页1.1半导体基础知识在四价的硅(

5、或锗)品体中掺入少量的磷(或其他五价元素)，则磷原了将取代某些位置上的四价硅原子。磷原子与周围的硅原子形成共价键时余出一个价电子，这个多余的价电子在室温下就能挣脱原子核的束缚成为自由电子，磷原子则因失去了一个电子变成了正离子(空间电荷)如图1-4所示。磷杂质的含量虽然很低，但由此而产生的自由电子数量却比本征半导体激发所产生的电子一空穴对数量大得多。这种以自由电子为卞的杂质半导体就称为N型半导体，其中的自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。说明：不论是P型半导体还是N型半导体均呈电中性。上一页下一页返回1.

6、1半导体基础知识1.1.3PN结及特性1.PN结的形成单一的P型或N型半导体，还不能直接制成半导体器件。只有将这两种类型的半导体以某种方式结合在一起，才能制成各种具有不同特性的半导体器件。利用掺杂工艺，使一块本征半导体的一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体。在P型和N型的交界处，由于载流了浓度的差别，N区的自由电了必然会向P区扩散，而P区的空穴要向N区扩散OP区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离了(空间电荷)，N区一侧因失去自由电了而留下不能移动的正离了(空间电荷)。于是在P区和N区的交界面上产生一个空

7、间电荷区，形成一个电场，称为内电场。电场的方向是由正电荷指向负电荷，即由N区指向P区，如图1-5所示。上一页返回下一页1.1半导体基础知识2.PN结的单向导电性在PN结的两端外加电压，称为结PN结的偏置电压。(1)PN结正向偏置给PN结加正向偏置电压，即P区接电位高端、N区接电位低端，此时称PN结为正向偏置(简称正偏)，如图1-6所示。PN结正偏时，外电场与PN结产生的内电场方向相反，削弱了内电场，使PN结变薄，有利于两区多数载流子向对方扩散，形成正向电流，此时PN处于正向导通状态。(2)PN结反向偏置给P

8、N结加以反向偏置电压，即N区接电位高端，P区接电位低端，此时PN结反向偏置(简称反偏)，如图1-7所示。返回上一页1.2半导体二极管1.2.1二极管的结构1.结构和符号半导体一极管的主要构成部分就是一个PN结。在一个PN结两端接上相应的电极引线，外面用金属(或玻璃、塑料)管壳封装起来，就构成了一个半导体一极管。由P区引出来的电极为正极(或阳极)，由N区引出来的电极为负极(或阴极)。半导体一极管的结构和符号如图1-