文档介绍：第 9 章二极管和晶体管
半导体的导电特性
二极管
稳压二极管
双极型晶体管
光电器件
半导体的导电特性
本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。
本征半导体
自由电子
空穴
共价键
Si
Si
Si
Si
本征半导体中自由
电子和空穴的形成
用得最多的半导体是硅或锗,它们都是四价元素。将硅或锗材料提纯并形成单晶体后,便形成共价键结构。在获得一定能量(热、光等)后,少量价电子即可挣脱共价键的束缚成为自由电子,同时在共价键中就留下一个空位,称为空穴。自由电子和空穴总是成对出现,同时又不断复合。
在外电场的作用下,自由电子逆着电场方向定向运动形成电子电流。带正电的空穴吸引相邻原子中的价电子来填补,而在该原子的共价键中产生另一个空穴。空穴被填补和相继产生的现象,可以看成空穴顺着电场方向移动,形成空穴电流。
可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子,它们都能参与导电。
空穴移动方向
电子移动方向
外电场方向
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
N 型半导体和 P 型半导体
(1) N型半导体
在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷,当某一个硅原子被磷原子取代时,磷原子的五个价电子中只有四个用于组成共价键,多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加,是多数载流子,空穴是少数载流子,将这种半导体称为 N 型半导体。
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
P
多余价电子
本征半导体中由于载流子数量极少,导电能力很低。如果在其中掺入微量的杂质(某种元素)将使其导电能力大大增强。
(2) P型半导体
在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼,在组成共价键时将因缺少一个电子而产生一个空位,相邻硅原子的价电子很容易填补这个空位,而在该原子中便产生一个空穴,使空穴的数量大大增加,成为多数载流子,电子是少数载流子,将这种半导体称为 P 型半导体。
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
B
空位
B
空穴
价电子填补空位
PN 结及其单向导电性
(1) PN 结的形成
用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成 P 型半导体区域和N型半导体区域,在这两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层,称为 PN 结。
P 区
N 区
N区的电子向P区扩散并与空穴复合
PN结
内电场方向
(2) PN 结的单向导电性
外加正向电压
内电场方向
E
外电场方向
R
I
P 区
N 区
外电场驱使 P 区的空穴进入空间
电荷区抵消一部分负空间电荷
N 区电子进入空间电荷区
抵消一部分正空间电荷
空间电荷区变窄
扩散运动增强,形
成较大的正向电流
P 区
N 区
内电场方向
E
R
外电场方向
IR
外加反向电压
外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走
少数载流子越过 PN 结形成很小的反向电流
多数载流子的扩散运动难于进行
空间电荷区变宽
二极管
基本结构
将 PN 结加上相应的电极引线和管壳,就成为半导体二极管。按结构分,有点接触型和面接触型两类。
点接触型
表示符号
正极
负极
金锑合金
面接触型
N型锗
正极引线
负极引线
PN 结
底座
铝合金小球
引线
触丝
N 型锗
外壳