文档介绍：3章半导体二极管及基本电路
半导体的基本知识
PN结的形成及特性
半导体二极管
特殊二极管
★二极管基本电路分析
半导体的基本知识
本征半导体、空穴及其导电作用
杂质半导体
根据物体导电能力(电阻率)的不同,划分为导体、绝缘体和半导体。
半导体的电阻率为10-3~109 cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
半导体的特点:1)导电能力不同于导体、绝缘体;
2)受外界光和热刺激时电导率发生很大变化——光敏元件、热敏元件;
3)掺进微量杂质,导电能力显著增加——半导体。
半导体的基本知识
半导体的共价键结构
硅和锗是四价元素,在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。
原子按一定规律整齐排列,形成晶体点阵后,结构图为:
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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本征半导体、空穴及其导电作用
本征半导体——完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
载流子——可以自由移动的带电粒子。
电导率——与材料单位体积中所含载流子数有关,载流子浓度越高,电导率越高。
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电子空穴对
当T=0K和无外界激发时,导体中没有栽流子,不导电。当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,有的价电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,成为自由电子——本证激发。
自由电子产生的同时,在其原来的共价键中就出现了一个空位,这个空位为空穴。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
自由电子
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电子空穴对。
本征激发
动画1-1
空穴
返回
杂质半导体
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
N型半导体(电子型半导体)
在本征半导体中掺入五价的元素(磷、砷、锑)
多余电子,
成为自由电子
+5
自由电子
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质,可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
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+5
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+3
P型半导体(空穴型半导体)
在本征半导体中掺入三价的元素(硼)
+3
空穴
空穴
返回
N型半导体的多数载流子为电子,少数载流子是空穴;
P型半导体的多数载流子为空穴,少数载流子是电子。
例:纯净硅晶体中硅原子数为1022/cm3数量级,
在室稳下,载流子浓度为ni=pi=1010数量级,
掺入百万分之一的杂质(1/10-6),即杂质浓度为1022*(1/106)=1016数量级,
则掺杂后载流子浓度为1016+1010,约为1016数量级,
比掺杂前载流子增加106,即一百万倍。
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PN结的形成及特性
PN结的形成及特性
PN结的单向导电性
PN结的形成
PN结的形成
在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
因浓度差
多子的扩散运动
由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
动画
+ 五价的元素
+ 三价的元素
产生多余电子
产生多余空穴