25知识资料第二章第一节半导体及二极管（一）

千里之行，始于足下朽木易折，金石可镂Word-可编辑第2章模拟电子技术2.1半导体及二极管大纲要求：控制二极管和稳压管特性、参数了解载流子，蔓延，漂浮；PN结的形成及单向导电性2.1.1半导体的基础半导体的导电特性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。光敏性：当受到光照时，导电能力显然变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力显然改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。一．本征半导体图1晶体中原子的罗列方式共价健共价健SiSiSiSi价电子图2硅单晶中的共价健结构空穴的浮上是半导体区别于导体的一个重要特点。显然，自由电子和空穴是成对浮上的，所以称它们为电子空穴对。SiSiSiSiSi自由电子自由电子空穴空穴图3硅单晶中的共价健结构当半导体两端加上外电压时，在半导体中将浮上两部分电流(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的数目。注重：(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。二．杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著改变。按照掺入杂质的化合价不同，杂质半导体分为N型和P型两大类。（1）N型半导体：在4价元素硅（或锗）晶体中，掺入微量的5价元素磷（或砷、锑等）后，磷原子将散布于硅原子中，且替代了晶体点阵中某些位置上的硅原子。通常，掺杂所产生的自由电子浓度远大于本征激发所产生的自由电子或空穴的浓度，所以杂质半导体的导电性能远超过本征半导体。显然，这种半导体中自由电子浓度远大于空穴浓度，所以称电子为多数载流子（majoritycarrier，简称多子），空穴为少数载流子（minoritycarrier，简称少子）。因为这种半导体的导电主要依赖电子，所以称为Ｎ型半导体或电子型半导体。5价杂质也称为施主杂质。（2）P型半导体在硅（或锗）的晶体中掺入微量的3价元素硼（或铝、铟等）后，杂质原子也散布于硅原子中，且替代了晶体点阵中某些位置上的硅原子。在这种半导体中，空穴是多子，其数量主要掺杂的浓度决定；自由电子是少子，其浓度由热激发决定。它的导电主要依赖空穴，因此称为P型半导体或空穴型半导体。3价杂质也称为受主杂质。三．半导体中的两种电流（1）漂浮电流：

自由电子和空穴在电场作用下的定向运动所形成的电流。（2）蔓延电流：同一种载流子从浓度高处向浓度低处蔓延所形成的电流称为蔓延电流。四．PN结1．PN结的形成空间电荷区空间电荷区（a）（b）图4PN结的形成暗示图P区和N区交界面处形成的区域称为PN结。形成缘故主要有以下三个：①载流子的浓度差引起多子的蔓延；②随着多子的蔓延N区因失去电子会形成正离子薄层，P区因失去空穴会形成负离子薄层，这种离子薄层形成一个内电场，方向是从N区指向p区。内电场的浮上对多子的蔓延起妨碍作用，对少子的漂浮起促进作用。随着蔓延和漂浮的举行，总算会达到动态平衡，蔓延电流和漂浮电流相等，这是使交界面形成固定宽度的空间电荷区(耗尽层)。，我们称这个空间电荷区为PN结。2．PN结的单向导电性：加在PN结上的电压称为偏置电压。（1）PN结加正向电压（正向偏置）若P区接高电位，N区接低电位，称PN结外接正向电压或PN结正向偏置，简称正偏；（a）PN结暗示图(b)PN结加正向电压图5PN结正偏时的导电情况内电场被削弱，多子的蔓延加强，形成较大的蔓延电流。PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。（2）PN结加反向电压（反向偏置）（a）PN结暗示图(b)PN结加正向电压图6PN结反偏时的导电情况PN结外接反向电压或PN结反向偏置，简称反偏。内电场被加强，少子的漂浮加强，因为少子数量很少，形成很小的反向电流。PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。结论：正偏导通，呈小电阻，电流较大；反偏截止，电阻很大，电流近似为零。3．PN结的