江南app官网下载江南app官网下载江南app官网下载§1.1 §1.2 §1.3 半导体基础知识与PN结 半导体二极管 双极型晶体管

　　导体、半导体和绝缘体 导体 自然界中很容易导电的物质。金属一般都是导体。

　　绝缘体 几乎不导电的物质。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体 导电特性处于导体和绝缘体之间的物质。如 锗、硅、砷 化镓和一些硫化物、氧化物等。

　　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, 由热激发形成。

　　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。

　　在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼[B]、铟[In] 等形成了P(Positive)型半导体，也称为空穴型半导体。

　　U /U 1 ， （1）当外加正向电压U比UT大数倍时， e 于是 I  Is eU / UT ，即正向电流随正向电压的增大按 指数规律迅速增大。

　　1 ， （2）当外加反向电压时，U比UT大数倍时， e 于是 I   Is 。即加反向电压时。PN结的只流

　　当加到PN结上的反向电压增大到某个数值时，反向电流急剧增加， 这种现象称为PN结的反向击穿。

　　（一）等效电路 (将非线性器件转化为线.理想二极管等效电路 2.考虑正向压降的等效电路

　　（2）光激发、 热激发和 掺入杂质可以使导电能 力增加。对应的导电元器件分别是光敏元件、热敏 元件、晶体管。

　　在PN结上加上引线和封装，就成 为一个二极管。二极管按结构分为点 接触型、面接触型和平面型。 Anode

　　齐纳击穿Zener 较强的内电场将空间电荷区共价键中的价电子拉出。产 生大量的电子空穴对，使空间电荷区的高阻性变差而击穿。 掺杂浓度高易击穿。 雪崩击穿 少数载流子在强电场作用下碰撞电离并产生连锁效应， 造成空间电荷区中的载流子数目剧增，使Is突然增大。

　　在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷[P]，可 形成 N（Negative）型半导体,也称电子型半导体。 因五价杂质原子 中只有四个价电子能 与周围四个半导体原 子中的价电子形成共 价键，而多余的一个 价电子因无共价键束 缚而很容易形成自由 电子。

　　在半导体受光照射或有载流子从外界注入时， 使半导体内载流子浓度分布不均匀。这时载流子 便会从浓度高的区域向浓度低的区域运动。这种由于 浓度差而引起的定向运动，称为扩散运动 （Diffusion Movement)。

　　B.微变电阻：二极管特性曲线工作点Q(Quiescent Point)附近 电压的变化与电流的变化之比。

　　禁带宽度：价电子克服共价键成为自由电子（热激发）所需要的 最小能量。硅：1.21eV 电离：使杂质的价电子游离成自由电子的能量。0.044eV

　　在一块本征半导体两侧通过扩散 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  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

　　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。在空间电 荷区，由于缺少 多子，所以也称 耗尽层。 对称结和不对称结

　　曲线D段表示PN结正向偏置 时的伏安特性，称为正向特性。 曲线B段表示PN结反向偏置 时的伏安特性，称为反向特性。

　　往往用于集成电路制造工艺 中。PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。

　　(1)漂移运动是电场力作用的结果 在没有电场作用时，半导体载流子是不规 则的热运动，因而不形成电流。当有电场时，半 导体中的载流子将产生定向运动，称为漂移运动 （Drift Movement)。

　　1）本征半导体（T=0k)无特定条件下几乎不导电； 激发 2)本征半导体 掺杂 光敏元件 热敏元件 晶体管

　　3) 掺杂过程中同时有激发产生，但受激产生的电子和空穴是成 对出现。而掺杂的结果导致了多数载流子的剧增，并由此获及N 型半导体和P型半导体。 4)半导体中若同时存在电场和载流子浓度差，则漂移运动和扩散运 动同时发生，所产生的电流等于漂移电流和扩散电流之和。

　　当导体处于热力学温度0K时， 导体中没有自由电子。当温度升 高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价 电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为 自由电子。 这一现象称为本征激发，也称热激发。

　　自由电子产生的同时，在其原来的共价键中 就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现 出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们 常称呈现正电性的这个空位为空穴。

　　外电场与内电场方向相 反，阻挡层内合成电场 减小，空间电荷量减少， 空间电荷区变窄 ，扩散 运动加强，动态平衡打 破，电源作用使扩散运 动不断进行，形成正向 电流，PN结表现为小电 阻。

　　因三价杂质原子 在与硅原子形成共 价键时，缺少一个 价电子而在共价键 中留下一个空穴。

　　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，由热激发形成。

　　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。

　　自由电子的定向 运动形成了电子电 流，空穴的定向运 动也可形成空穴电 流，它们的方向相 反。只不过空穴的 运动是靠相邻共价 键中的价电子依次 充填空穴来实现的 。

　　因热激发而出现的自由 电子和空穴是同时成对 出现的，称为电子空穴 对。游离的部分自由电 子落入未饱和共价键， 电子空穴成对消失，称 为复合。

　　内外电场方向一致，合成场 强增强 ，空间电荷量增多， 空间电荷区变宽，少子漂移 运动加强，形成反向电流 （常数），PN结表现为大 电阻。

　　反向电流与半导体材料，掺 杂浓度及T有关，与反向电 图 PN结加反向电压时的导电情况 压无关。这个电流也称为反 向饱和电流。