半导体与二极管ppt课件.ppt

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1、2半导体二极管及其基本电路2.1半导体的基本知识2.3半导体二极管2.4二极管基本电路及其分析方法2.5特殊二极管2.2PN结的形成及特性2.1半导体的基本知识2.1.1半导体材料2.1.2半导体的共价键结构2.1.3本征半导体2.1.4杂质半导体2.1.1半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体的特点1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。2．半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。3.在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电

2、能力会急剧增强。2.1.2半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构2.1.3本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。本征激发------本征半导体中的价电子获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子。空穴——共价键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——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。所以可用空穴的运动来代替电子的运动，因此在分析时可将空穴看成一个带正电的粒子。用来运载电荷的粒子称为载流子。半导体中空穴与电子相遇而不带电的现象称为复合。在本征半导体中，空穴和自

3、由电子总是成对出现的，即电子和空穴的数量相等。2.1.4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。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。1.P型半导体因三价杂质原子在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位。当其它共价键上的电子在本征激发下来填补这个空位时，从而在原来的硅原子共价键上形成空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。空位很容易俘获

4、电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因接受电子而称为受主杂质。1.P型半导体2.N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。从而在半导体中形成大量的自由电子。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,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因失去电子而带上正电荷成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。2.N型半导体掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/

5、cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm33以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm33.杂质对半导体导电性的影响2.2.1PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区在P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差别，N型区内电子很多而空穴

6、很少，P型区内则相反，空穴很多而电子很少。这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。1、扩散运动2、空间电荷区形成电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和N区中原来保持的电中性被破坏了。P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子，N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。PN结空间电荷区，电子势能（=–qVo）发生了变化，电子要从N区到P区必须越过一个能量高坡，一般称为势垒，因此又把空间电荷区称为势垒区。在出现了空间电荷区以后，由于正负电荷之间的

7、相互作用，在空间电在区中就形成了一个电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。由于这个电场是由载流子扩散运动即由内部形成的，而不是外加电压形成的，因此称为内电场。显然，这个内电场的方向是阻止扩散的，因为这个电场的方向与载流子扩散运动的方向相反。3、内电场的形成4、扩散与漂移运动的动态平衡根据电场的方向和电子、空穴的带电极性还可以看出，这个电场将使N区的少数载流子空穴向P区漂移，使P区的少数载流子电子向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P