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内容简介Home教学重点内容：1. 本征半导体、N型半导体、P型半导体以及本征半导体、型半导体型半导体、型半导体以及两种载流子；两种载流子；2. PN结的形成、PN结的单向导电性；结的形成、结的单向导电性结的单向导电性；结的形成3. 二极管的伏安特性、等效电路；二极管的伏安特性、等效电路；4. 稳压二极管的稳压原理。

稳压二极管的稳压原理。

5. 晶体三极管的电流放大作用。

晶体三极管的电流放大作用。

Home1. 半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。

绝缘体和半导体。

导体：ρ<10－4 ·cm 绝缘体：绝缘体：ρ>109 ·cm 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。

半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。

2. 半导体的晶体结构典型的元素半导体有硅和此外，典型的元素半导体有硅Si和锗Ge ，此外，还有化合物半导体砷化镓砷化镓GaAs等。

有化合物半导体砷化镓等 Next Home 半导体的导电性能是由其原子结构决定的，半导体的导电性能是由其原子结构决定的，就元素半导体硅和锗而言，原子序数分别为14 14和元素半导体硅和锗而言，其原子序数分别为14和 32，但它们有一个共同的特点： 32，但它们有一个共同的特点：即原子最外层的电子（价电子）数均为4 电子（价电子）数均为4，其原子结构和晶体结构 1.1.1所示所示。

如图1.1.1所示。

3.本征半导体本征半导体本征半导体：化学成分纯净、结构完整的半导本征半导体：化学成分纯净、结构完整的半导它在物理结构上呈单晶体形态。

体。

它在物理结构上呈单晶体形态。

本征激发(热激发）受温度、本征激发(热激发）：受温度、光照等环境因素的影响，素的影响，半导体共价键中的价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子的现象，能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子的现象，称之为本征激发（热激发）（见图1.1.2 ）（见图1.1.2）。

称之为本征激发（热激发）（见图1.1.2）。

Back Next Home空穴：共价键中的空位。

空穴：共价键中的空位。

电子空穴对：由本征激发（热激发）电子空穴对：由本征激发（热激发）而产生的自由电子和空穴总是成对出现的，的自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子空穴对。

所以，在本征半导体中：穴对。

所以，在本征半导体中： ni=pi （ni－自由电子的浓度；空穴的浓度）。

电子的浓度；pi－空穴的浓度）。

K1—常数，硅为常数，常数硅为 3.87×10-6K-3/2/cm3，锗为× 1.76×10-6 K-3/2/cm3 ；T—热力学温度；EGO—禁带热力学温度；×热力学温度禁带宽度，硅为1.21eV，锗为0.785eV ；k—波耳兹曼宽度，硅为，锗为波耳兹曼常数，。

（e—单位电荷常数，8.63 ×10-5 eV/K。

（单位电荷，eV=J）。

（单位电荷，） Back Next Home （1）两种载流子的产生与复合，在一定温度下）两种载流子的产生与复合，达到动态平衡，的值一定；达到动态平衡，则ni=pi的值一定；的值与温度有关，对于硅材料，（2）ni与pi 的值与温度有关，对于硅材料，大）约温度每升高8 ，增加一倍；对于锗材料，约温度每升高 oC，ni 或pi 增加一倍；对于锗材料，增加一倍。

大约温度每升高12 ，大约温度每升高 oC，ni 或pi 增加一倍。

载流子：能够参与导电的带电粒子。

载流子：能够参与导电的带电粒子。

如图1.1.3所示。

从图中所示。

所示半导体中载流子的移动：如图可以看出，空穴可以看成是一个带正电的粒子，可以看出，空穴可以看成是一个带正电的粒子，和自由电子一样，可以在晶体中自由移动，自由电子一样，可以在晶体中自由移动，在外加电场下，形成定向运动，从而产生电流。

所以，在半场下，形成定向运动，从而产生电流。

所以，导体中具有两种载流子：自由电子和空穴。

导体中具有两种载流子：自由电子和空穴。

Back Next Home说明：说明：本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切本征半导体的导电性能很差，相关，即热敏性。

相关，即热敏性。

这种对温度的敏感性，这种对温度的敏感性，既可以用来制作热敏和光敏器件，又是造成半导体器件温度稳定性差的原因。

敏器件，又是造成半导体器件温度稳定性差的原因。

BackNextHome4.杂质半导体杂质半导体杂质半导体：杂质半导体：在本征半导体中掺入微量的杂质形成的半导体。

根据掺杂元素的性质，形成的半导体。

根据掺杂元素的性质，杂质半导体分为P 空穴型）半导体和N 电子型）体分为P型（空穴型）半导体和N型（电子型）半导体。

由于掺杂的影响，导体。

由于掺杂的影响，会使半导体的导电性能发生显著的改变。

发生显著的改变。

P型半导体：在本征半导体中掺入微量三价元素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.4 素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.4 所示。

常用的三价元素的杂质有硼、铟等。

所示。

常用的三价元素的杂质有硼、铟等。

Back Next Home受主杂质：受主杂质：因为三价元素的杂质在半导体中能够接受电子，故称之为受主杂质或P型杂质。

够接受电子，故称之为受主杂质或P型杂质。

多子与少子：型半导体在产生空穴的同时，多子与少子：P型半导体在产生空穴的同时，并不产生新的自由电子，所以控制掺杂的浓度，并不产生新的自由电子，所以控制掺杂的浓度，便可控制空穴的数量。

型半导体中，便可控制空穴的数量。

在P型半导体中，空穴的浓度远大于自由电子的浓度，称之为多数载流子多数载流子，度远大于自由电子的浓度，称之为多数载流子，简称多子而自由电子为少数载流子简称少子多子；少数载流子，少子。

简称多子；而自由电子为少数载流子，简称少子。

思考题：既然P型半导体的多数载流子是空穴，既然P 型半导体的多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子，所以，少数载流子是自由电子，所以，P型半导体带正此说法正确吗？电。

此说法正确吗？ Back Next HomeN型半导体：在本征半导体中掺入微量五价元素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.5 素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.5 所示。

常用的五价元素的杂质有磷、砷和锑等。

所示。

常用的五价元素的杂质有磷、砷和锑等。

施主杂质：施主杂质：因为五价元素的杂质在半导体中能够产生多余的电子，故称之为施主杂质或N型杂质。

够产生多余的电子，故称之为施主杂质或N型杂质。

在N型半导体中，自由电子为多数载流子，而空型半导体中，自由电子为多数载流子，穴为少数载流子。

穴为少数载流子。

注意：多子的浓度与掺杂浓度有关，受温度影响小；注意：多子的浓度与掺杂浓度有关，受温度影响小；而少子是本征激发形成的，尽管浓度低，而少子是本征激发形成的，尽管浓度低，却对温度非敏感。

常敏感。

Back Next Home综上所述，在杂质半导体中，因为掺杂，综上所述，在杂质半导体中，因为掺杂，载流子的数量比本征半导体有相当程度的增加，流子的数量比本征半导体有相当程度的增加，尽管掺杂的含量很小，管掺杂的含量很小，但对半导体的导电能力影响却很大，却很大，使之成为提高半导体导电性能最有效的方法。

掺杂对本征半导体的导电性的影响，方法。

掺杂对本征半导体的导电性的影响，其典型数据如下: 典型数据如下: ? T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: K室温下本征硅的电子和空穴浓度: 室温下, ni = pi =1.4×1010/cm3 =1.4× ? 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: 型半导体中的自由电子浓度: ni=5×1016/cm3 =5× ? 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 本征硅的原子浓度: 4.96×以上三个浓度基本上依次相差10 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。

Back Next Home 小结本讲主要介绍了下列半导体的基本概念：本讲主要介绍了下列半导体的基本概念：本征半导体本征激发、空穴、本征激发、空穴、载流子杂质半导体型半导体和N P 型半导体和N型半导体受主杂质、施主杂质、多子、受主杂质、施主杂质、多子、少子Back Next Home5. PN结结一.PN结的形成 .PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质, 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质, 分别形成P型半导体和型半导体。

此时将在P型型半导体和N型半导体分别形成型半导体和型半导体。

此时将在型半导体和N型半导体的结合面上形成的物理过程示半导体和型半导体的结合面上形成的物理过程示意图如图1.1.6所示所示。

意图如图1.1.6所示。

扩散运动：由于浓度差多子产生的运动。

扩散运动：由于浓度差多子产生的运动。

漂移运动：当空间电荷区形成后，在内电场作用下，漂移运动：当空间电荷区形成后，在内电场作用下，少子产生的运动。

少子产生的运动。

Back Next Home扩散运动不对称结空间电荷区又称耗尽层二.PN结的单向导电性 .PN结的单向导电性正偏与反偏：当外加电压使结中结中P区的电位正偏与反偏：当外加电压使PN结中区的电位高于N区的电位称为加正向电压简称正偏；区的电位，正向电压，高于区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反称为加反向电压，简称反偏。

之称为加反向电压，简称反偏。

Back Next HomePN结结{漂移运动PN结形成结形成对称结1.PN结加正向电压 1.PN结加正向电压 PN PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正结加正向电压时，结加正向电压时呈现低电阻，向扩散电流，结导通。

1.1.7所示所示。

向扩散电流， PN结导通。

其示意图如图1.1.7所示。

结导通外电场与内电场方向相反，使扩散运动加剧，外电场与内电场方向相反，使扩散运动加剧，漂移相反加剧运动减弱减弱。

运动减弱。

注意：在回路中要串接一个限流电阻，防止PN结注意：在回路中要串接一个限流电阻，防止结因正向电流过大而损坏。

因正向电流过大而损坏。

PN 结加反向电压2. PN结加反向电压 PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反结加反向电压时，结加反向电压时呈现高电阻，向漂移电流，结截止结截止。

1.1.8所示所示。

向漂移电流，PN结截止。

其示意图如图1.1.8所示。

Back Next Home 外电场与内电场方向相同，使扩散运动消弱，外电场与内电场方向相同，使扩散运动消弱，漂移相同消弱运动加剧形成反向电流。