文档介绍：半导体的基础知识()
半导体二极管()
特殊二极管()
第 2 章半导体二极管及其基本电路
一、本征半导体
二、杂质半导体
三、 PN结的形成及特性
半导体的基础知识
四、 PN结的电容效应
半导体—
导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
载流子—
自由运动的带电粒子。
一、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。
如硅(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。
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)。
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
原子
原子核
核外电子
质子
中子
原子结构
1个电子带
1个单位负电荷
1个质子带
1个单位正电荷
不显电性
硅(锗)的原子结构
简化
模型
价电子
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价健
Si
Si
Si
Si
价电子
硅、锗的晶体结构
共价键—
相邻原子共有价电子所形成的束缚。
本征半导体—
完全纯净的、具有晶体结构的半导体。如硅、锗单晶体。
Si
Si
Si
Si
价电子
自由电子的产生使共价键中留下一个空位,称为空穴(带正电)。
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
本征激发
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)
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)。
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
运载电荷的粒子称为载流子。
自由电子和空穴都称为载流子。
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。
自由电子和空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载流子便维持一定的数目;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。
自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。
复合:
两种载流子
电子(自由电子)
空穴
两种载流子的运动
自由电子(在共价键以外)的运动
空穴(在共价键以内)的运动
结论:
1. 本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少;
2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电;
3. 本征半导体导电能力弱,并与温度有关。