文档介绍：第一章半导体二极管和三极管
本章主要内容:半导体基础知识;半导体二极管;晶体三极管;场效应管
重点掌握:;
§1 半导体基础知识
一、本征半导体
二、杂质半导体
三、PN结的形成及其单向导电性
四、PN结的电容效应
一、本征半导体
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
本征半导体是纯净(%的晶体结构的半导体。
1、什么是半导体?什么是本征半导体?
导体--铁、铝、铜等金属元素等低价元素,其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动,形成电流。
绝缘体--惰性气体、橡胶等,其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强,只有在外电场强到一定程度时才可能导电。
半导体--硅(Si)、锗(Ge),均为四价元素,它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
无杂质
稳定的结构
四价单晶Si 、 Ge
2、本征半导体的结构
由于热运动,具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中留有一个空位置,称为空穴
自由电子与空穴相碰同时消失,称为复合。
共价键
一定温度下,自由电子与空穴对的浓度一定;温度升高,热运动加剧,挣脱共价键的电子增多,自由电子与空穴对的浓度加大。(补充浓度公式)
动态平衡
补充内容:
两种载流子
外加电场时,带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电,且运动方向相反。由于载流子数目很少,故导电性很差。
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体?
3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。
温度升高,热运动加剧,载流子浓度增大,导电性增强。
热力学温度0K时不导电。
二杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
P 型半导体:空穴浓度大大增加的杂质半导体,也称为(空穴半导体)。
N 型半导体:自由电子浓度大大增加的杂质半导体,也称为(电子半导体)。
(一)、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷(或锑),晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代,磷原子的最外层有五个价电子,其中四个与相邻的半导体原子形成共价键,必定多出一个电子,这个电子几乎不受束缚,很容易被激发而成为自由电子,这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子,称为施主原子。
+4
+4
+5
+4
多余
电子
磷原子
N 型半导体中的载流子是什么?
,浓度与施主原子相同。
。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以,自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少子)。
?问题:
磷(P)
杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多,多子浓度越高,导电性越强,实现导电性可控。
多数载流子
空穴比未加杂质时的数目多了?少了?为什么?
(二)、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素,如硼(或铟),晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代,硼原子的最外层有三个价电子,与相邻的
半导体原子形成共价键时,产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补,使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子,所以称为受主原子。
+4
+4
+3
+4
空穴
硼原子
P 型半导体中空穴是多子,电子是少子。