文档介绍：第7章半导体二极管和三极管
半导体二极管
半导体三极管
PN结
半导体的基础知识
半导体的基础知识
半导体的导电特性:
(可做成温度敏感元件,如热敏电阻)。
掺杂性:往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电
能力明显改变(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)。
光敏性:当受到光照时,导电能力明显变化(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)。
热敏性:当环境温度升高时,导电能力显著增强
一、本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价健
共价键中的两个电子,称为价电子。
Si
Si
Si
Si
价电子
Si
Si
Si
Si
价电子
价电子在获得一定能量(温度升高或受光照)后,即可挣脱原子核的束缚,成为自由电子(带负电),同时共价键中留下一个空位,称为空穴(带正电)。
本征半导体的导电机理
这一现象称为本征激发。
空穴
温度愈高,晶体中产生的自由电子便愈多。
自由电子
在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。
本征半导体的导电机理
当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现两部分电流
(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
注意:
(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、 N型半导体和 P 型半导体
掺杂后自由电子数目大量增加,自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式,称为电子半导体或N型半导体。
掺入五价元素
Si
Si
Si
Si
p+
多余电子
磷原子
在常温下即可变为自由电子
失去一个电子变为正离子
在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素),形成杂质半导体。
在N 型半导体中自由电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
1、N型半导体
2、 P 型半导体
掺杂后空穴数目大量增加,空穴导电成为这种半导体的主要导电方式,称为空穴半导体或 P型半导体。
掺入三价元素
Si
Si
Si
Si
在 P 型半导体中空穴是多数载流子,自由电子是少数载流子。
B–
硼原子
接受一个电子变为负离子
空穴
无论N型或P型半导体都是中性的,对外不显电性。
PN结
一、 PN结的形成
多子的扩散运动
内电场
少子的漂移运动
浓度差
P 型半导体
N 型半导体
内电场越强,漂移运动越强,而漂移使空间电荷区变薄。
扩散的结果使空间电荷区变宽。
空间电荷区也称 PN 结
扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡,空间电荷区的厚度固定不变。
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
形成空间电荷区
二、 PN结的单向导电性
1. PN 结加正向电压(正向偏置)
PN 结变窄
P接正、N接负
外电场
IF
内电场被削弱,多子的扩散加强,形成较大的扩散电流。
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。
内电场
P
N
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
–
2. PN 结加反向电压(反向偏置)
外电场
P接负、N接正
内电场
P
N
+
+
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
-
-
-
–
+