《电工电子技术》――常用半导体器件课件.ppt

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1、第6章常用半导体器件6.1半导体基础知识6.2半导体二极管6.3稳压二极管6.4晶体管6.1半导体基础知识6.1.1半导体的分类在我们的自然界中，各种物质按导电能力划分为导体、绝缘体、半导体。半导体指的是导电能力导体和绝缘体之间的物质半导体材料的最外层轨道上的电子是4个，根据其特性，可以将半导体材料分成以下五类：1.元素半导体元素半导体大约有十几种，它们处于ⅢA－ⅦA族的金属与非金属的交界处，例如Ge（锗），Si（硅），Se（硒），Te（碲）等。2.化合物半导体第一类：ⅢA族和ⅤA族元素组成的化合物半导体，即Al（铝）

2、，Ga（镓），In（铟），P（磷），As（砷），Sb（锑）组成的化合物半导体，例如AsP，AlAs，GaP等。（1）二元化合物半导体。二元化合物半导体有五类：第二类：ⅡB族和ⅥA族元素组成的化合物半导体，即Zn，Hg，Cd和S，Se，Te组成的化合物半导体，例如CdS，CdTe等。第三类：ⅣA族元素之间组成的化合物半导体，例如SiC等。第四类：ⅣA与ⅥA族元素之间组成的化合物半导体，例如GeS，GeSe，SnTe等。第五类：ⅤA和ⅥA族元素组成的化合物半导体，例如AsSe3，AsSe3等。（2）多元化合物半导体。多元化

3、合物半导体有三类：第一类：ⅠB－ⅢA－(ⅥA)2组成的多元化合物半导体，例如AgGeTe2等。第二类：ⅠB－ⅤA—（ⅥA）组成的多元化合物半导体，例如AgAsSe2等。第三类：(ⅠB)2－ⅡB－ⅣA－(ⅥA)4组成的多元化合物半导体，如Cu2CdSnTe4等。。3.固溶体半导体固溶体是由二个或多个晶格结构类似的元素化合物互溶而成。又有二元系和三元系之分，例如ⅣA－ⅣA组成的Ge－Si固溶体，ⅤA－ⅤA组成的Bi－Sb固溶体，它们是二元系。由三种组元互溶的固溶体有：（ⅢA－ⅤA）－（ⅢA－ⅤA）组成的三元化合物固溶体，G

4、aAs－GaP组成的镓砷磷固溶体和（ⅡB－ⅥA）（ⅡB－ⅥA）组成的三元化合物固溶体，HgTe－CdTe两个二元化合物组成的三元化合物固溶体等。4.非晶态半导体原子排列短程有序、长程无序的半导体称为非晶态半导体，主要有非晶Si、非晶Ge、非晶Te、非晶Se等元素半导体及GeTe，As2Te3，Se2As3等非晶化合物半导体。5.有机半导体有机半导体分为有机分子晶体、有机分子络合物和高分子聚合物，一般指具有半导体性质的碳－碳双键有机化合物。6.1.2本征半导体和掺杂半导体纯净而且结构完整的半导体称为本征半导体，它未经人为

5、的改造，具有这种元素的本来特征。在绝对零度时，半导体所有的价电子都被束缚在共价键中，不能参与导电，此时半导体相当于绝缘体。当温度逐渐升高或受光照时，由于半导体共价键重的价电子并不像绝缘体种束缚得那样紧，价电子从外界获得一定的能量，少数价电子会挣脱共价键的束缚，成为自由电子，同时在原共价键处出现一个空位，这个空位称为空穴。显然，自由电子和空穴是成对出现的，所以称它们为电子空穴对。1.本征半导体我们把在热或光的作用下，本征半导体中产生电子空穴对的现象，成为本征激发，又称为热激发。而本征半导体中有自由电子和空穴两种载流子，如

6、图6-1所示。本征半导体在电场作用下，电子和空穴两种载流子作定向运动，形成电流。图6-1本征激发2.掺杂半导体在本征半导体中，若掺入微量的五价或三价元素，会使其导电性能发生显著变化。掺入的五价或三价元素称为杂质。掺有杂质的半导体称为掺杂半导体或杂质半导体，按掺入杂质元素不同，掺杂半导体可分为N型半导体和P型半导体两种。在本征半导体中掺入微量的五价元素，例如磷、砷、锑等，就形成N型半导体。掺入的五价元素后，半导体的晶体结构基本不变，只是在个别的位置上，例如某个硅（或锗）原子被五价原子取代，如图6-2（a）所示。因为五价原

7、子有五个价电子，它与相邻的四个原子构成完整的共价键后，还剩余一个价电子。这个剩余的价电子在获得外界能量时，比其他共价键上的电子更容易脱离原子核的束缚而成为自由电子。这就显著提高了其导电的能力。（1）N型半导体。在本征半导体中掺入五价元素后，热激发照样进行。因此，当达到平衡状态时，自由电子的浓度就远远大于空穴的浓度，其导电能力主要由自由电子决定，故称为N型半导体。在N型半导体中，自由电子占多数，称为多数载流子，简称多子；空穴占少数，称为少数载流子，简称少子。图6-2（a）N型半导体（2）P型半导体。在本征半导体中掺入微量

8、的三价元素，如硼、铝、锢等，就形成P型半导体。同理，掺入的三价元素后，半导体的晶体结构基本不变，只是在个别的位置上，例如某个硅（或锗）原子被三价原子取代，如图6－2（b）所示。因为三价原子只有三个价电子，它与相邻的四个原子只能构成三个完整的共价键，还有一个共价键因缺少一个价电子而出现一个空位。常温下，所有的价键电子都具有足够的能量