电工与电子技术 教学课件 作者 韩敬东 第3章.ppt

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1、第三章半导体器件与基本的放大电路3.1半导体的基本知识3.1.1半导体的基本知识1、半导体的概念在日常生活中，我们经常看到或用到各种各样的物体，它们的性质是各不相同的。有些物体，如金、银、铜、铝、铁等，具有良好的导电性能，我们称它们为导体。相反，有些物体如玻璃、橡皮和塑料等不易导电，我们称它们为绝缘体(或非导体)。还有一些物体，如锗、硅、砷化镓及大多数的金属氧化物和金属硫化物，它们既不象导体那样容易导电，也不象绝缘体那样不易导电，而是介于导体和绝缘体之间，我们把它们叫做半导体。它们内部的原子都按照一定的规律排列

2、着，绝大多数半导体都是晶体。因此，人们往往又把半导体材料称为晶体，这也就是晶体管名称的由来(意思是用晶体材料做的管子)。2、半导体的特性1）热敏特性：半导体对温度很敏感。导体、绝缘体的电阻率值随温度的影响而变化很小。但温度变化时，半导体的电阻率变化却很明显；例如纯锗，温度每升高10度，它的电阻率下降到原来的一倍左右。由于半导体的电阻对温度变化的反应灵敏，而且大都具有负的电阻温度系数，所以人们就把它制成了各种自动控制装置中常用的热敏电阻传感器，利用它们能迅速测量物体温度的变化。2）光敏特性：半导体对光和其它射线都

3、很敏感。也就是说，照射的光线强度不同，它的导电性能也会发生很大的变化。例如一种硫化镉半导体材料，在没有光照射时，电阻高达几十兆欧；若有光照射时，电阻可降到几十千欧，两者相差上千倍。3）掺杂特性：半导体对杂质很敏感。所谓杂质，是在纯净的半导体中掺进微量的某种元素，这对其导电性能影响极大。在金属或绝缘体中，如果杂质含量不超过千分之一，它的电阻率变化是微不足道的。但半导体中含有杂质时对它的影响却很大。以锗为例，只要含杂质一千万分之一，电阻率就下降到原来的十六分之一。3、本征半导体纯净的、具有一定晶体结构的半导体，称为

4、本征半导体。当本征半导体的温度升高或受到光线照射时，其共价键中的价电子就从外界获得能量，就有少量的价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子，同时在原来共价键上留下了相同数量的空位，由于该空位失去电子，因而带正电，我们把此带正电的空位称为空穴，所以本征半导体中电子和空穴总是成对地出现，它们的数目相等，称为电子－一空穴对。这种现象称为本征激发。由于自由电子和空穴都可以参与导电形成电流，因此称它们为载流子。在产生电子-空穴对的同时,有的自由电子在杂乱的热运动中又会不断地与空穴相遇，重新结合，使电子-空穴对消失，这称为复合

5、。在一定温度下载流子的产生过程和复合过程是相对平衡的，载流子的浓度是一定的。在常温下，本征半导体受热激发所产生的自由电子和空穴数量很少，同时本征半导体的导电能力远小于导体的导电能力，导电能力很差。温度升高，激发速度首先增加，所产生的电子——空穴对也增加，由于电子——空穴的增加，因而复合的速度也增加，重新达到平衡，但此时电子——空穴浓度是增加的，半导体的导电能力也就增强。反之，导电能力也就减弱。4、掺杂半导体1）P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素杂质，如硼、镓、铟等，因杂质原子的最外层只有3个价电子，它与周围

6、硅（锗）原子组成共价键时，缺少一个电子，于是在晶体中便产生一个空穴。当相邻共价键上的电子受到热振动或在其它激发条件下获得能量时，就有可能填补这个空穴，使硼原子成为不能移动的负离子，而原来硅原子的共价键则因缺少一个电子，形成空穴。这样，掺入硼杂质的硅半导体中就具有数量相当的空穴，空穴浓度远大于电子浓度，这种半导体主要靠空穴导电，称为P型半导体。掺入的三价杂质原子，因在硅晶体中接受电子，故称受主杂质。2）N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素杂质，如磷、锑、砷等。掺入的磷原子取代了某处硅原子的位置，它同相邻的4个硅

7、原子组成共价键时，多出了一个电子，这个电子不受共价键的束缚，因此在常温下有足够的能量使它成为自由电子。这样，掺入杂质的硅半导体就具有相当数量的自由电子，且自由电子的浓度远大于空穴的浓度。显然，这种掺杂半导体主要靠电子导电，称为N型半导体。由于掺入的五价杂质原子可提供自由电子，故称为施主杂质。3.1.2PN结及其特性P型或N型半导体仅仅是导电能力增强了,但还不具备半导体器件所要求的各种特性。如果通过一定的生产工艺把一块P型半导体和一块N型半导体结合在一起，则它们的结合处就会形成PN结，利用PN结的特性就可以制作成

8、各种半导体器件。1、PN结的形成当P型半导体和N型半导体通过一定的工艺结合在一起时，由于P型半导体的空穴浓度高，电子浓度低，而N型半导体的自由电子浓度高，空穴浓度低，所以交界面附近两侧的载流子形成了浓度差。浓度差将引起载流子的扩散运动，如图3.1（a）所示。有一些电子要从N型区向P型区扩散，并与P型区的空穴复合；也有一些空穴要从P型区向N型区扩散，并与N型区的电子复合。由于电子和空穴都