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半导体二极管南京理工大学模电课件
4 集成运算放大电路
2 基本放大电路
一定时，对固定的一块半导体材料，本征载流子浓度是一定的。
T为热力学温度,k为玻尔兹曼常数，EG0为热力学零度时破坏共价键所需的能量，K1为与半导体材料载流子有效质量、有效能级密度有关的常量
（1）空穴与电子成对出现。
（2）自由电子在晶格中运动，空穴在共价键内运动。
（4）温度升高时，载流子浓度增大，导电能力增强，
因此，本征半导体可以制成热敏元件和光敏元件。
本征激发小结：
（3）温度一定时，激发和复合达到动态平衡。
杂质半导体
N型半导体
P型半导体
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。
一、N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导体,也称电子型半导体。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由
杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由本征激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。
(2) P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。
P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；
电子是少数载流子，由本征激发形成。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。
P型半导体的结构示意图
本征半导体中掺入微量杂质元素构成杂质半导体。
综 上：
在常温下，杂质原子均已电离，载流子浓度就大大增加，
使半导体的导电能力大大提高。
掺杂是提高半导体导电能力的有效方法。
多数载流子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度；
而少数载流子的浓度主要取决于温度。
在杂质半导体中：
2、两种浓度不等的载流子：
多子——由掺杂形成（主要取决于掺入的杂质浓度）
少子——由热激发形成（主要取决于温度）
N型半导体中，多子为自由电子，少子为空穴；
3、微量掺杂就可形成大量的多子。故杂质半导体导电率高。
4、杂质半导体呈电中性。
在N型半导体中，
自由电子数（掺杂+热激发）=空穴数（热激发）+正离子数在P型半导体中，
空穴数（掺杂+热激发）=自由电子数（热激发）+负离子数
杂质半导体小结：
1、两种杂质半导体：
N型——本征硅或锗掺微量五价杂质元素
P型——本征硅或锗掺微量三价杂质元素
P型半导体中，多子为空穴，少子为自由电子。
PN结的形成
PN结的单向导电性
PN结
PN结的伏安特性及其表达式
PN结的击穿特性及电容效应
1、PN结的形成
PN结的形成过程
（动画1-3）
在一块本征半导体在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。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
因浓度差（电子和空穴）
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
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
在出现了空间电荷区后，
由于正负电荷间的相互作用，
在空间电荷区中形成了一个电场，称为内电场，其方向是
从带正电的N区指向带负电的P区。
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。对于
P型半导体和N型
半导体结合面，
离子薄层形成的
空间电荷区称为
PN结。空间电
荷区也称耗尽层。
PN结的形成过程
扩散运动：由浓度高到浓度低 （多子的运动）
漂移运动：载流子在电场作用下的定向运动（少子的运动）
PN结：稳定后的空间电荷区
2、PN结的单向导电性
PN结加正向电压
时的导电情况
（动画1-4）
a、 PN结加正向电压时的导电情况
外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是,内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
（动画1-4）
PN结加正向电压
时的导电情况
外电场削弱了内电场 PN结 多子的扩散运动加强
PN结导通
当外加正向电压时：
b、 PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电