1-1-1 半导体基本知识

第一章1-1半导体的特性与测试1-2三极管的特性与测试1-3场效应管的特性与测试1-4其他常用半导体器件与测试常用半导体器件基础知识

由于半导体器件具有体积小、重量轻、寿命长、输入功率小和转换效率高等优点，因而在电子技术中应用很广。半导体二极管是最简单的电子器件，它具有单相导电的特性，本章主要介绍PN结、二极管及二极管电路分析。1-1-1半导体的基本知识本征半导体杂质半导体PN结及单相导电性掌握：自然界所有物质按导电性能分：

导体——容易导电的物质(ρ‹10Ω/m)

绝缘体——(ρ›Ω

/m)几乎不导电的物质半导体——导电能力介于导体与绝缘体之间的物质(ρ‹10-Ω/m)(R=ρ.L/S)

最常用的半导体材料有硅（Si),锗（Ge）砷化镓（GaAs)等。其中硅、锗半导体都是单晶体，所以又把半导体管常称为晶体管。

从家用电器最常用的石英钟收录机、电视机、到数控机床、计算机和机器人等都离不开半导体器件。一、本征半导体1.半导体的奇妙特性：c、掺杂性b、热敏性a、光敏性2.本征半导体：完全纯净的具有晶体结构的半导体。如硅、锗单晶体——其特性接近绝缘体。(ρ‹10-Ω/m)

如前述，半导体具有热敏、光敏、掺杂性，为什么具有那些奇妙特性呢？我们先了解半导体内部结构。3.半导体的共价键结构

自然界所有的物质都是由原子组成，原子又由带正电的原子核和若干带负电的电子组成。如硅、锗材料，它们都是4价元素，（最外层电子称价电子）SiGeSi(14):2、8、4Ge(32):2、8、18、4（1-1硅）（1-2锗）硅、锗的原子结构：价电子（束缚电子）注意：Ge价电子离原子核比硅远得多，所以锗比硅的温度稳定性差。如图：（1-3）每个硅原子最外层都有4个价电子，硅原子除了吸住本身的价电子，还吸住相邻的价电子，组成一对对的共价键。（即连接也）共价键—（1-3）相邻原子共有价电子所形成的束缚。

此时，没有自由电子，而形成一个个的晶格，称本征半导体。（此时是不导电的绝缘体）本征激发：

在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。电子运动方向空穴运动方向电视机两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)的运动空穴(在共价键以内)的运动二、杂质半导体

本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很弱。如果有控制、有选择地掺入微量的有用杂质（某种元素），将使其导电能力大大增强，成为具有特定导电性能的杂质半导体。一、N型半导体和P型半导体N型(电子型）+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数

电子数P型（空穴型）+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—多子电子—少子载流子数

空穴数施主离子施主原子受主离子受主原子1、在硅或锗的晶体中掺入五价元素（如磷）。2、在硅或锗的晶体中掺入3价元素（如硼）。二、杂质半导体的导电作用IIPINI=IP+INN型半导体I

INP型半导体

I

IP三、P型、N型半导体的简化图示负离子多数载流子

空穴少数载流子电子正离子多数载流子空穴少数载流子电子+–P型N型三、PN结1.PN结的形成2.PN结的单向导电性1、PN结的形成采用特定的制作工艺，在同一块半导体基片的两边分别形成N型和P型半导体。（一）、载流子的浓度差引起多子的扩散如图：多子空穴多子电子（P型）（N型）扩散运动：由于浓度差引起多数载流子的运动。(形成I扩）漂移运动：少数载流子在电场力作用下引起的运动。（形成I漂）内电场（二）复合使交界面形成空间电荷区（耗尽层）空间电荷区特点:

1.无载流子、2.阻止扩散进行、3.利于少子的漂移。（三）、扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流,I扩=I漂，由于扩散电流与漂移电流方向相反，所以净电流I=0，达动态平衡。此时空间电荷区的宽度一定，内电场一定，形成的所谓的PN结。空间电荷区又称为阻挡层、耗尽层。2、PN结的单向导电性（一）、加正向电压(称正向偏置)导通P+N-P区N区+

UR外电场内电场内外电场互相抵消，使阻挡层变薄，扩散运动加强，形成正向电流I正。+

URP区

N区I

正

I多子I正I正即PN结正偏处己导通状态。P

区N

区（一）、加反向电压(称反向偏置)截止N+P-P

区N

区内电场外电场

+UR

+UR内外电场互相加强，使阻挡层变厚，漂移运动加强，形成反向电流I反。I反

=I少子

0I反即PN结反偏处截止状态。结论:1.本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少；2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；并注意