电子技术基础教学文案.ppt

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1、【知识点】本征半导体、掺杂半导体的导电特性；PN结及其特性；二极管的结构、伏安特性及主要参数；特殊二极管的用途；单相桥式整流电路、滤波电路及稳压电路的组成、工作原理、分析计算方法、元件的选用；集成稳压器的使用。电子技术基础2.1半导体二极管在自然界中，存在着许多不同的物质，有的物质很容易传导电流，称为导体。有的物质几乎不传导电流，称为绝缘体。此外还有一类物质，它的导电能力介于导体与绝缘体之间，称它为半导体。常见的半导体如锗、硅、硒化镓、一些硫化物和氧化物等。半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体不

2、同外，还具有不同于其他物质的特点，例如，半导体受到外界光和热的刺激时或者在纯净的半导体中加入微量的杂质，其导电性能会发生显著变化。其中半导体的电阻率随温度的上升而明显下降，呈负温度系数的特性；半导体的导电能力随温度上升而明显增加；半导体的电阻率随光照的不同而变化；在纯净的半导体掺入少量的杂质，它的导电能力会得到显著的提高。这就是半导体的特点。一、半导体的基本知识在T=0和没有外界激发时，没有可以自由运动的带电粒子——载流子，这时它相当于绝缘体。例如高纯度半导体材料硅、锗都是单晶体结构。如图所示分别

3、为锗和硅的原子结构示意图。2.1.1本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。在硅、锗制成单晶体后，最外层的4个价电子不仅受自身原子核的束缚，还与其相邻的4个原子核相互吸引，2个相邻原子之间有1对价电子，称为共价键结构。半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中的电子被束缚得那么紧，在室温300K时，由于热激发，就会使一些价电子获得足够的能量挣脱共价键的束缚，成为自由电子。这种现象称为本征激发。在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键就留下1个空位，这个空位叫做空穴。显然，空穴带有

4、正电荷。当温度越高时，电子空穴就越多；电子空穴的热运动是杂乱无章的，对外不显电性。2.1.1本征半导体晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。SiSiSiSi价电子SiSiSiSi价电子价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，

5、而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。本征半导体的导电机理当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流(1)自由电子作定向运动电子电流(2)价电子递补空穴空穴电流注意：(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定

6、的数目。2.1.2杂质半导体掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺入五价元素SiSiSiSip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。掺入三价元素SiSiSiSi在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。

7、B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。（1）N型半导体在本征半导体中（如硅、锗中）掺入少量的5价元素杂质，如磷、锑、砷等，磷原子有5个价电子，它的4个价电子与相邻的硅组成共价键后，还多余1个价电子，多余的价电子很容易受激发成为自由电子。掺入的磷元素越多，则自由电子就越多。由于磷原子在硅晶体中给出了1个多余的电子，称磷为施主杂质，或N型杂质。但在产生自由电子的同时并不产生新的空穴，因此在N型半导体中，自由电子数远大于空穴数。这样的一种半导体将以自由电子导电

8、为主，所以自由电子称为多数载流子，而空穴称为少数载流子。在本征半导体中（如硅、锗中）掺入少量的3价元素杂质，如硼、铟等，硼原子最外层只有3个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，因缺少1个价电子，在晶体中就留有1个空穴，空穴数量增多，自由电子则相对很少。如图所示。由于硼原子在硅晶体中能接受电子，故称硼为受主杂质，或P型杂质。在产生空穴的同时并不产生新的自由电子，因此在P型半导体中，空穴数远大于自由电子数。在这种半导体中以空穴导电为主，故空穴为多数载流子，而自由电子为少数载流子。注意不