半导体的基础知识与N结

第一章半导体器件第一节半导体基础知识第二节PN结及其单向导电性第三节半导体二极管第四节双极性三极管1.1半导体的基础知识

一、半导体概念导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝 缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。二、半导体的导电机理半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：1.掺杂性往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。2.热敏性和光敏性当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。三、本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）1、本征半导体的结构特点现代电子学中，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+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体

将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。价电子共价键图1.1.1本征半导体结构示意图2、本征半导体的晶体结构当温度T=0

K时，半导体不导电，如同绝缘体。+4+4+4+4+4+4+4+4+4图1.1.2本征半导体中的自由电子和空穴自由电子空穴若T

，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。T

自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。空穴可看成带正电的载流子。3、本征半导体中的两种载流子（动画1-1）（动画1-2）4、本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。本征半导体中电流由两部分组成：

1.自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。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。四、杂质半导体

在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。

杂质半导体有两种N型半导体P型半导体1、N型半导体(Negative)在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体(或称电子型半导体)。自由电子浓度远大于空穴的浓度电子称为多数载流子(简称多子)，空穴称为少数载流子(简称少子)。(本征半导体掺入5价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有5个价电子，其中4个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。)2、P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体(或称空穴型半导体）。空穴浓度多于自由电子浓度空穴为多数载流子(简称多子），电子为少数载流子(简称少子)。+3(本征半导体掺入3价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有3个价电子，3与硅构成共价键，多余一个空穴。)说明：：1.掺掺入入杂质质的浓浓度决决定多多数载载流子子浓度度；温温度决决定少少数载载流子子的浓浓度。。3.杂杂质质半导导体总总体上上保持持电中性性。4.杂杂质质半导导体的的表示示方法法如下下图所所示。。2.杂质半半导体体载流子子的数数目要远远远高于于本征征半导导体，，因而而其导导电能能力大大大改改善。。(a)N型型半导导体(b)P型型半导导体图杂杂质质半导导体的的的简简化表表示法法在一块块半导导体单单晶上上一侧侧掺杂杂成为为P型型半导导体，，另一一侧掺掺杂成成为N型型半半导体体，两两个区区域的的交界界处就就形成成了一一个特特殊的的薄层层，称为PN结结。PNPN结图PN结结的形形成一、PN结结的的形成成1.2PN结结PN结结中中载流流子的的运动动耗尽层层空间电荷区PN1.扩扩散散运动动2.扩扩散散运动动形成成空间间电荷荷区电子和和空穴穴浓度度差形形成多数载载流子子的扩扩散运运动。。——PN结结，耗耗尽层层。PN（动画1-3）3.空空间间电荷荷区产产生内内电场场PN空间电荷区内电场Uho空间电电荷区区正负负离子子之间间电位位差Uho——内电场场；内内电场场阻止止多子子的扩扩散——阻挡层层。4.漂漂移移运动动内电场场有利利于少少子运运动——漂移。。少子的的运动动与多多子运运动方方向相相反阻挡层5.扩扩散散与漂漂移的的动态态平衡衡扩散运运动使使空间间电荷荷区增增大，，扩散散电流流逐渐渐减小小；随着内内电场场的增增强，，漂移移运动动逐渐渐增加加；当扩散散电流流与漂漂移电电流相相等时时，PN结结总总的电电流等等于零零，空空间电电荷区区的宽宽度达达到稳稳定。。即扩散运运动与与漂移移运动动达到到动态态平衡衡时，，形成成PN结。。PNPN结二、PN结结的单单向导导电性性1.PN结结外加正正向电电压时时处于于导通通状态态又称正正向偏偏置，，简称称正偏偏。外电场方向内电场方向耗尽层VRI空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。图1.1.6PN什么是PN结的单向导电性？有什么作用？在PN结结加加上一一个很很小的的正向向电压压，即即可得得到较较大的的正向向电流流，为为防止止电流流过大大，可可接入入电阻阻R。2.PN结结外加反反向电电压时时处于于截止止状态态(反偏)反向接接法时时，外外电场场与内内电场场的方方向一一致，，增强强了内内电场场的作作用；；外电场场使空空间电电荷区区变宽宽；不利于于扩散散运动动，有有利于于漂移移运动动，漂漂移电电流大大于扩扩散电电流，，电路路中产产生反反向电电流I；由于少数载载流子浓度度很低，反反向电流数数值非常小小。耗尽层图1.1.7PN结加加反向电压压时截止反向电流又又称反向饱和电电流。对温度十分分敏感，随着温度升升高，IS将急剧增大大。PN外电场方向内电场方向VRIS3、结论加正向电压压（正偏））——电源源正极接P区，负极极接N区(2)加加反向电电压（反偏偏）——电电源正极接接N区，负负极接P区区PN结加正正向电压时时，具有较较大的正向向扩散电流流，呈现低低电阻，PN结导导通；PN结加反反向电压时时，具有很很小的反向向漂移电流流，呈现高高电阻，PN结截截止由此可以得得出结论：：PN结具具有单向导导电性。3．半导体体的导电能能力随温度度升高而_______，金金属导体的的电阻率随随温度升高高而_______。A．降低／／降低B．．降低／升升高C．升高／／降低D．．升高／升升高1．用于制制造半导体体器件的半半导体材料料是_____。A．磷B．硅C．铟D．．锗B、D2．在纯净净半导体中中掺入3价价元素形成成的是_______型半导导体。A．PB．．NC．PND．电电子导电AD4．半导体体的载流子子随温度升升高而_______，也就就是说半导导体的导电电性能随温温度升高而而_______。。A．减小／／增强B．减减小／减弱弱C．增加／／减弱D．．增加／增增强D课堂巩固练练习7．P型半半导体中的的多数载流流子是_______。A．电子B．空穴C．电荷D．电流5．半导体体的导电能能力在不同同条件下有有很大差别别，若_______导电能能力会减弱弱A．掺杂非非金属元素素B．增大大光照C．降低环环境温度D．掺掺杂金属元元素C6．在PN结的两端端通过一块块电流表短短接，回路路中无其它它电源，当当用光照射射该半导体体时，电流流表的读数数是_______。A．增大B．．减小C．为为零D．视光光照强度而而定B8．N型半半导体中的的多数载流流子是_______。A．自由电电子B．空空穴C．电电荷D．电电流AC9．在晶体体硅、锗中中，参于导导电的是_______。A．离子B．自由电电子C．空空穴D．B和CD10．在半半导体两端端加上外电电压时，半半导体中出出现的电流流是____。A．自由电电子电流B．空穴电电流C．离子电电流D．A和BD11．关于于P型、N型半导体体内参与导导电的粒子子，下列说说法正确的的是_______。A．无论是是P型还是是N型半导导体，参与与导电的都都是自由电电子和空穴穴B．P型半半导体中只只有空穴导导电C．N型半半导体中只只有自由电电子参与导导电D．在半导导体中有自自由电子、、空穴、离离子参与导导电A12．N型型半导体中中，主要靠靠_______导导电，_______是少数数载流子。。A．空穴／／空穴B．．空穴／自自由电子C．自由电电子／空穴穴D．自由由电子／自自由电子C13．P型型半导体中中，主要靠靠_______导导电，_______是少数数载流子A．空穴／／空穴B．．空穴／自自由电子C．自由电电子／空穴穴D．自由由电子／自自由电子B14．下列列PN结两两端的电位位值，使PN结导通通的是_______。A．P端接接十5V，，N端经电电阻接十7VB．N端接接十2V，，P端经电电阻接十7VC．P端接接一3V，，N端经电电阻接十7VD．P端接接十1V，，N端经电电阻接十6VB15．在半半导体PN结两端加加_______就就可使其导导通A．正向电电子流B．．正向电压压C．反向电电压D．反向电电子流B9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Wednesday,December21,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。03:12:2903:12:2903:1212/21/20223:12:29AM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。12月-2203:12:2903:12Dec-2221-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。03:12:2903:12:2903:12Wednesday,December21,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2203:12:2903:12:29December21,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。21十十二二月20223:12:29上上午03:12:2912月月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月223:12上上午午12月月-2203:12December21,202216、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2022/12/213:12:2903:12:2921December202217、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。3:12:29上上午午3:12上上午午03:12:2912月月-229、没有失败，，只有暂时停停止成功！。。12月-2212月-22Wednesday,December21,202210、很多事情努努力了未必有有结果，但是是不努力却什什么改变也没没有。。03:12:2903:12:2903:1212/21/20223:12:29AM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2203:12:2903:12Dec-2221-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。03:12:2903:12:2903:12Wednesday,December21,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2203:12:2903:12:29December21,202214、意意志志坚坚强强的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥块块一一样样任任意意揉揉捏捏。。21十十二二月月20223:12:29上上午午03:12:2912月月-2215、楚塞三湘接接，荆门九派派通。。。十二月223:12上上午12月-2203:12December21,202216、少年十五五二十时，，步行夺得得胡马骑。。。2022/12/213:12:2903:12:2921December202217、空山新雨雨后，天气气晚来秋。。。3:12:29上上午3:12上上午03:12:2912月-229、杨柳散和和风，青山山澹吾虑。。。12月-2212月-22Wednesday,December21,202210、阅阅读读一一切切好好书书如如同同和和过过去去最最杰杰出出的的人人谈谈话话。。03:12:2903:12:2903:1212/21/20223:12:29AM11、越越是是没没有有本本领领的的就就越越加加自自命命不不凡凡。。12月月-2203:12:2903:12Dec-2221-Dec-2212、越是无无能的人人，越喜喜欢挑剔剔别人的的错儿。。03:12:2903:12:2903:12Wednesday,December21