文档介绍：第一章:半导体基础及二极管电路
邓钢
******@bupt.
内容提要
内容提要
半导体材料的基本物理特性
PN结(半导体二极管)的结构及工作特性
二极管基本应用电路及其分析方法
物质的分类
导体:如金、银、铜、铝等
绝缘体:如陶瓷、云母、塑料等
半导体:如硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等
按照导电能力(电阻率)的差别,可以将物质分为:
第一节:半导体的基本特性
半导体的独特性质:电阻率可因某些外界因素的改变而明显变化
掺杂特性
热敏特性
光敏特性
注意:决定物质导电性能的因素?
本征半导体中的共价键结构(一)
价电子
Si
硅原子
Ge
锗原子
+4
价电子
惯性核
第一节:半导体的基本特性
原子排列整齐、晶格无缺陷、纯净的半导体,被称为本征半导体
本征半导体中的共价键结构(二)
在硅和锗晶体中,每个原子与其相邻的原子之间形成共价键,共用一对价电子:
+4
+4
+4
+4
晶体中的共价键结构
价电子
共价键
惯性核
第一节:半导体的基本特性
晶格:原子在空间排列成具有周期性和对称性的点阵
可认为惯性核在晶体中固定不动
本征激发及空穴的移动
+4
+4
+4
+4
当温度很低,没有激发时,半导体不能导电,被认为是绝缘体
当温度逐渐升高或有足够光照时,将有少数价电子获得足够能量,可以克服共价键的束缚而成为自由电子,使得本征半导体具有了微弱的导电能力
产生自由电子后,在原有的共价键中形成空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子
空穴
带正电
带负电
可以依靠相邻共价键中的价电子依次填充空穴来实现空穴的移动
第一节:半导体的基本特性
载流子的含义
自由电子与空穴均可视为载流子,但所携带电荷的极性不同
在本征半导体中,自由电子与空穴总是成对出现,成为电子-空穴对,从而两种载流子的浓度相等
+4
+4
+4
+4
自由电子
空穴
载流子:运载电荷的粒子
电子浓度:
空穴浓度:
电子与空穴的复合及动态平衡
第一节:半导体的基本特性
杂质半导体
在本征半导体中掺入某种特定的杂质(掺杂),成为杂质半导体后,可以使其导电性能发生质的变化
根据所掺元素的不同,又可将掺杂后的半导体分为N型半导体(掺入5价元素)和P型半导体(掺入3价元素)
增加载流子的数量
提高导电率
注意:掺杂时应保证不破坏原有的晶格结构
第一节:半导体的基本特性
N型半导体及其性质
+4
+5
+4
+4
自由电子
施主杂质
对于N型半导体来说,其中的电子浓度大大高于空穴的浓度,又被称为电子型半导体。其中的5价杂质被称为施主杂质
N型半导体中:
电子为多数载流子(多子),主要由杂质原子提供
空穴为少数载流子(少子),主要由热激发产生
+
N型半导体表示
不能导电
第一节:半导体的基本特性
P型半导体及其性质
+4
+3
+4
+4
空位
受主杂质
对于P型半导体来说,其中的空穴浓度大大高于电子的浓度,又被称为空穴型半导体。其中的3价杂质被称为受主杂质
P型半导体中:
空穴为多数载流子
电子为少数载流子
多子
少子
N型半导体
电子
空穴
P型半导体
空穴
电子
P型半导体表示
不能导电
第一节:半导体的基本特性