模拟电子技术项目一半导体二极管15课件

模拟电子技术

项目一半导体二极管

（任务二杂质半导体与PN结）

1项目一半导体二极管01半导体概念02杂质半导体与PN结03二极管概念05二极管的参数、测试、使用注意04二极管的伏安特性06特殊二极管任务二01半导体概念02杂质半导体与PN结03二极管概念05二极管的参数、测试、使用注意04二极管的伏安特性06特殊二极管任务二杂质半导体与PN结1．杂质半导体概念

不含有杂质的半导体称为纯净半导体（亦称本征半导体）。在半导体中存在两种导电的带电粒子:一种是带负电的自由电子（简称电子）,另一种是带正电的空穴（简称空穴）,它们都能运载电荷形成电流,通常称为载流子。在本征半导体内部,自由电子和空穴总是成对出现的,因此,对外呈中性。在纯净的半导体中掺入少量的杂质,会使半导体的导电能力发生显著的变化。根据掺入杂质不同,可形成两种不同的杂质半导体,即N型半导体和P型半导体。

任务二杂质半导体与PN结N型半导体

在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如磷）后,就可成为N型半导体,如右图所示。由于五价的磷原子同相邻四个硅（或锗）原子组成共价键时,有一个多余的价电子不能构成共价键,这个价电子只受杂质原子核的束缚，因此，在常温下，这个价电子很容易脱离原子核的束缚而成为自由电子。因此在这种半导体中,自由电子数远大于空穴数,导电以电子为主,故此类半导体亦称电子型半导体。1．杂质半导体概念任务二杂质半导体与PN结2)P型半导体在硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素杂质,如硼（或铟）等形成P型半导体。硼原子只有3个价电子,它与周围硅原子组成共价键时,因缺少一个电子,很容易吸引相邻硅原子上的价电子而产生一个空穴。这个空穴与本征激发产生的空穴都是载流子,具有导电性能。P型半导体共价键结构如右图所示。

1．杂质半导体概念任务二杂质半导体与PN结

掺杂在产生空穴的同时,并不产生新的自由电子,只是原来的晶体本身仍会因热激发等产生少量电子空穴对。掺入的三价元素杂质越多,空穴的数量越多。在P型半导体中,空穴数远远大于自由电子数,空穴为多数载流子(简称“多子”),自由电子为少数载流子(简称“少子”)。导电以空穴为主,故此类半导体又称为空穴型半导体。注意1．杂质半导体概念任务二杂质半导体与PN结2．

PN结的形成过程在一块完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺,一边形成P型半导体,另一边形成N型半导体。在P型和N型半导体交界面的两侧,由于载流子浓度的差别,N区的电子必然向P区扩散,而P区的空穴要向N区扩散。

2．

PN结的形成过程任务二杂质半导体与PN结P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子,N区一侧则因失去电子而留下不能移动的正离子,这些离子被固定排列在晶格上,不能自由运动,所以并不参与导电。

这样,在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子层,称为空间电荷区,并产生内电场,其方向是从N区指向P区,内电场的建立阻碍了多数载流子的扩散运动,随着内电场的加强,多子的扩散运动逐步减弱,直至停止,使交界面形成一个稳定的特殊的薄层,即PN结。因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电荷区又称为耗尽层。

任务二杂质半导体与PN结3．PN结的单向导电特性在PN结两端外加电压,称为给PN结以偏置电压。

1)PN结正向偏置给PN结加正向偏置电压,即P区接电源正极,N区接电源负极,此时称PN结为正向偏置(简称正偏),如右图所示。由于外加电源产生的外电场的方向与PN结产生的内电场方向相反,削弱了内电场,使PN结变薄,有利于两区多数载流子向对方扩散,形成正向电流,此时PN结处于正向导通状态。任务二杂质半导体与PN结2)PN结反向偏置给PN结加反向偏置电压,即N区接电源正极,P区接电源负极,称PN结反向偏置(简称为反偏),如右图所示。

由于外加电场与内电场的方向一致,因而加强了内电场,使PN结加宽,阻碍了多子的扩散运动。在外电场的作用下,只有少数载流子形成的很微弱的电流,称为反向电流。应当指出,少数载流子是由于热激发产生的,因而PN结的反向电流受温度影响很大。3．PN结