2第1章 常用半导体器件

1.1.1 本征半导体 为什么要将半导体变成导 电性很差的本征半导体？
1.1.2 杂质半导体 杂质半导体：在本征半导体中掺入某些微量杂质元素 后的半导体。 其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 N型半导体（电子半导体）：使自由电子浓度大大增加的 N-Negative 杂质半导体 P型半导体（空穴半导体）：使空穴浓度大大增加的杂质 P-Positive 半导体
1.1.2 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称为N型半导体， 如：磷，砷。
多数载流子，简称多子：自由电子
+4
+4
+4
磷原子、施主原子：提供电子
+4
+5
+4
N型半导体主要靠自由电 子导电。掺入杂质越多，自 由电子浓度越高，导电性越 强。
+4
+4
+4
1.1.2 杂质半导体 问题1. N型半导体中的载流子是什么？ 1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。
+ + +
+ + +
££-
外电场
内�� E
1.1.3 PN结 2. PN结加反向电压（反偏）——电源正极接N区， 负极接P区 外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场→耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动 →少子漂移形成反向电流I R 在一定的温度下，由本
£- ££征激发产生的少子浓度是 £££P
1.1.2 杂质半导体 杂质半导体的示意图
多子—空穴 多子—电子
P型半导体 － － －
少子—电子
N型半导体 + + +
少子—空穴
－ － －
－ － － － － －
+ + +
+ + +
+ + +
施主�子
受主离子
多子浓度——与温度无关 少子浓度——与温度有关
1.1.2 杂质半导体
练习
1. 本征半导体中掺入五价元素，则半导体中 多数载流子为_______，该半导体称为____型半 导体；掺入三价元素，则半导体中多数载流子 为_______，该半导体称为____型半导体。 2. 多数载流子和少数载流子哪个受温度影响？ 3. 因为N型半导体的多子是自由电子，所以它 带负电，这种说法是否正确？
1.1.3 PN结 三、 PN结的电流方程
u ：PN结两端的电压降 i ：流过PN结的电流 IS ：反向饱和电流 UT =kT/q ：温度的电压当量
i I S (e
当 u>0
u
UT
1)
u UT
u>>UT时, e
1
i I Se
u
UT
当 u<0
|u|>>|U T |时
e
u UT
1
本征半导体的导电性取决于外加能量： 温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
1.1.1 本征半导体 • 本征半导体的导电机理 总结
• 本征半导体存在数量相等的两种载流子： 自由电子和空穴。电子与空穴电荷量相等， 极性相反。 • 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 • 温度越高，载流子的浓度越高，因此本征半 导体的导电能力越强。温度是影响半导体性 能的一个重要的外部因素，这是半导体的一 大特点。
总电流＝0
二、 PN结的单向导电性 1. PN结加正向电压（正偏）——电源正极接P区， 负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动 →多子扩散形成正向电流I F
P型半�体 空��荷区 N型半�体 ££££££££££正向电流
+ + +
+ + +
P区 耗尽� N区
£-
P 区中�子 � 度分布
N 区 中空穴 � 度分布
Ln
Lp
x
1.1.3 PN结 结电容：C j C b C d 结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定 程度，则失去单向导电性！ 电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的几种常见结构 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 二极管的伏安特性 二极管的主要参数 二极管的等效电路 稳压二极管 其它类型二极管
Íâ¿Ç
(3) 平面型二极管
Õý¼«ÒýÏß
SiO 2
PN结面积大，一般仅 µ××ù 作为整流管。 ¸º¼«ÒýÏß
PN 结面积可大可小，用 NÐ͹è 于高频整流和开关管中。
PÐ͹è
1.2.2 二极管的伏安特性 一、 二极管的伏安特性
/mA
i 锗
击穿电压UBR
0
硅
(1) 正向特性 i u
V
mA
1.1.3 PN结 一、 PN结的形成 PN结合 因多子浓度差 多子的扩散 空间电荷区 形成内电场 阻止多子扩散，促使少子漂移。 N区自由电子浓 内电场E P区空穴浓度 度远高于P区。 空间电荷区 远高于N区。 N型半�体 P型半�体
££££££££££+ + + + + + + + +
1)
u UT
若正向�� u U T，� i I S e
PN结 £-
£+ 耗尽层
少子漂移电流
+ + 多子扩散电流
1.1.3 PN结 少子 飘移 补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E↓ 又失去多子，耗尽层宽，E↑ 内电场E
P型半�体 ££££££££££££耗尽层
多子 扩散
N型半�体 + + + + + + + +
+ + +
+ 多子扩散电流
少子漂移电流
动态平衡：扩散电流 ＝ 漂移电流
这一现象称为本征激发， 也称热激发。
1.1.1 本征半导体 可见本征激发同时 产生电子空穴对。 外加能量越高（温 度越高），产生的电子 空穴对越多。 与本征激发相反的 现象—复合 在一定温度下，本 征激发和复合同时进 行，达到动态平衡。电 子空穴对的浓度一定。
+4
+4
+4
+4
空穴
+4
自由电子
+4
+4
反向击穿
1.1.3 PN结 击穿特性： PN结的反向电压增加 到一定数值时，反向电流 突然快速增加，此现象称 为PN结的反向击穿。 热击穿——不可逆 雪崩击穿 齐纳击穿 电击穿——可逆
U（ BR） BR
V O
I/mA iD
U/vD

1.1.3 PN结 五、 PN结的电容效应 PN结具有一定的电容效应，它由两方面因素决定。 一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
第1章 常用半导体器件
1.1 1.2 1.3 1.4 半导体基础知识 半导体二极管 晶体三极管 场效应管
第1章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识
1.1.1 1.1.2 1.1.3
本征半导体 杂质半导体 PN结
1.1.1 本征半导体 一、 半导体 在物理学中，根据材料的导电能力，可以将它们划分 导体、绝缘体和半导体。 导体－－原子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。如：铁、铝、铜 绝缘体－－原子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：惰性气 体、橡胶等 半导体－－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，如：硅（Si）、锗（G
+4
多数载流子，简称多子：空穴
+4
+3
+4
P型半导体主要靠空穴导 电，掺入杂质越多，空穴浓度越 高，导电性越强。
+4
+4
+4
1.1.2 杂质半导体 P型半导体中的载流子是什么？ 1.由受主原子提供的空穴，浓度与受主原子相同。 2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所 以，空穴浓度远大于自由电子浓度。在P型半导体中 空穴是多子，自由电子是少子。 总结：杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质 越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。
掺杂元素浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所 以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载 流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。 问题2. 空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？
1.1.2 杂质半导体 二、 P型半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素称为P型半导体， 如：硼、镓
硼原子、受主原子：吸收电子
反向饱和电流
(2) 反向特性 i u
V
uA
导通压降
死区 电压
/µA
硅：0.5 V 锗：0.1 V
典型值为0.7V 锗：0.1~0.3V
u硅：0.6~0.8V
E
E PN结的伏安特性曲线
1.2.2 二极管的伏安特性 二极管的伏安特性总结： 1. 单向导电性
正向特性为 指数曲线
u UT
i I S (e
空��荷区
N
£££-
+ + +
+ + +
+ + +
+ + + IR
一定的，故I基本上与外加 反压的大小无关，所以称
£££-
外电场 为反向饱和电流。但 I与温
内�� E
1.1.3 PN结 PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流， 呈现低电阻， PN结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流， 呈现高电阻， PN结截止。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。