电工电子技术（第3版） 课件 5.1.1 半导体及PN结

半导体及PN结田玉主讲老师：电工电子技术

知识目标01

1.认识半导体及特性2.认识PN结及导电特性能力目标021.会分析PN结的导通和截止状态

思政目标03学习华为不畏艰难，勇于自主创新的科技攀登精神学习目标K知识引入氮化镓：雷达、射频功放器、飞机、导弹

锗：半导体、军工的关键材料2024年国家科学技术奖半导体材料技术助推中国电子技术发展，摆脱“卡脖子”现状一、半导体（一）半导体概念导体：一般指导电性比较好的金属，比如金、银、铜、铁、锡、铝等。半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。绝缘体：一般指导电性差的材料，比如惰性气体、橡胶、陶瓷等。一、半导体（二）半导体材料半导体材料有哪些？常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种。硅晶体中没有明显的自由电子，具备半导体性质；硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素，常见化合物有二氧化硅（沙子的主要成分）和硅酸盐。锗是一种稀有元素硅晶体锗晶体

热敏性：半导体的导电能力与温度有关，利用该特性可做成热敏器件

光敏性：半导体的导电能力与光的照射有关，利用该特性可做成光敏器件

掺杂性：掺如有用的杂质可以改变半导体的导电能力，利用该特性可做成半导体器件光敏元件一、半导体（三）半导体特点热敏电阻

本征半导体：经过高度提纯工艺，达到晶格结构完全对称、并具有

共价键结构的单晶体。本征半导体的三维结构共价键纯度为99.9999999坚固稳定的结构本征半导体的平面结构价电子（四）本征半导体一、半导体+4+4+4+4受光照或温度上升影响，共价键中价电子的热运动加剧，一些价电子会挣脱共价键的束缚游离到空间成为自由电子在游离走的价电子原位上留下一个不能移动的空位，叫空穴，空穴带正电。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少(即载流子)，所以它的导电能力很弱一、半导体（四）本征半导体这种由于热激发而在晶体中出现电子空穴对的现象称为本征激发。9+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引邻近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，其运动方向与价电子运动方向相反，可以认为空穴是载流子。一、半导体（四）本征半导体本征半导体中由于热运动产生数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。其浓度决定本征半导体的导电能力。温度越高，载流子的浓度越高，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。掺入磷杂质的半导体晶格中，自由电子的数量大大增加。+五价元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4PN型半导体多数载流子（多子）——电子少数载流子（少子）——空穴电子浓度＞＞空穴浓度因电子带负电，称这种半导体为N(negative)型或电子型半导体。++++++++++++++++++++++++N型半导体正离子多子少子一、半导体（五）杂质半导体在本证半导体中掺入少量其他物质称为杂质半导体＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三价元素硼(B)B+掺入硼杂质的半导体晶格中，空穴载流子的数量大大增加。－P型半导体空穴浓度＞＞电子浓度多数载流子（多子）——空穴少数载流子（少子）——电子因空穴带正电，称这种半导体为P(Positive)型或空穴型半导体。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体负离子多子少子一、半导体（五）杂质半导体二、PN结（一）PN结形成漂移运动（少字）：进入空间电荷区的空穴在内电场作用下向P区漂移，自由电子向N区漂移。扩散运动（多子）：由于交界面两边的载流子浓度有很大差别，载流子就要从浓度大的区域向浓度小的区域扩散。即空穴：PN，自由电子：NP，在交界处产生复合，形成空间电荷区，形成内电场。动态平衡：空间电荷区（内电场）稳定，形成PN结内电场电压大约硅0.5V锗0.1V二、PN结（二）PN结导电特性01正向导通电源正极接P区，负极接N区

外电场削弱内电场→空间电荷区变窄→多子扩散形成正向电流二、PN结（二）PN结导电特性02反向截