《半导体及二极管》PPT课件

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1、第二章二极管及其基本电路2.1半导体的基本知识2.2PN结的形成及特性2.3二极管2.4二极管的基本电路及其分析方法教学内容2.5特殊二极管了解半导体材料的基本结构及PN结的形成；掌握PN结的单向导电工作原理；了解二极管（包括稳压管）的V-I特性及主要性能指标；掌握二极管电路的分析方法。教学重点教学要求本征半导体、空穴、P型杂质半导体、N型杂质半导体的概念；PN结的单向导电工作原理、击穿特性；半导体二极管的结构、V-I特性；二极管电路的分析方法。理论课7学时。PN结的单向导电工作原理、击穿特性；二极管电路的分析方法。教学难点教学学时根据物体导电能力(

2、电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。半导体的电阻率为10-3～109cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及化合物半导体，如砷化镓GaAs等。半导体具有某些特殊性质：如光敏性、热敏性及掺杂特性，导电能力改变。一、半导体材料2.1半导体的基本知识二、半导体的共价键结构现代电子学中，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。GeSi硅与锗的原子结构简化模型通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。硅和锗是四价元素，它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有并为它们所束缚，在空间形成排列有序的

3、晶体。(a)硅晶体的空间排列共价键共用电子对+4表示除去价电子后的原子(b)共价键结构平面示意图+4+4+4+4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+4三、本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。半导体的重要物理特性是它的电导率，电导率与材料内单位体积中所含的电荷载流子的数目有关。电

4、荷载流子的浓度愈高，其导电率愈高。载流子的浓度取决于材料的基本性质、温度值及杂质的存在。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。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有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。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。空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。这一现象称为本征激发，

5、也称热激发。动画：本征激发+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子由于共价键中出现了空位，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。动画：电子与空穴的移动自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。只不过空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。本征半导体中电流由两部分组成：自由电子移动产生的电流；空穴移动产生的电流。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

6、，称为复合。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。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。四、杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体。根据掺入杂质的性质不同，分为：N型半导体：掺入五价杂质元素的半导体。P型半导体：掺入三价杂质元素的半导体。1.P型半导体本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成P型半导体，也称

7、为空穴型半导体。因三价杂质原子与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。P型半导体的结构示意图P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体,也称电子型半导体。因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。2.N型半导体在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子，

8、由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而带正电荷成为正离子，因此，五价杂质原子也被称为施主杂