四川大学：《模拟电子技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）半导体二极管及其电路分析

第一篇 电子器件与 电子电路基础

第一篇 电子器件与 电子电路基础

半导体二极管及其电路分析

半导体二极管及其电路分析

口半导体材料与PN结(121) 半导体的导电特性 导电性能介于导体(如铜、铁等)与绝缘体(如 石头、木头)之间; 主要有:Si(硅)Ge(锗)GaAs(砷化镓); 影响半导体的导电性能:温度、纯度。 1.本征半导体 纯净的半导体称为本征半导体 以硅(Si)为例:

➢ 半导体的导电特性 1. 本征半导体  半导体材料与PN结 (1.2.1) 导电性能介于导体（如铜、铁等）与绝缘体（如 石头、木头）之间； 主要有：Si（硅） Ge（锗） GaAs（砷化镓）； 影响半导体的导电性能： 温度、纯度。 纯净的半导体称为本征半导体。 以硅(Si)为例：

硅原子结构 简化模型 +4 +14 最外层有4个电子,受(+4表示原子核和内 原子核的束缚力最小,层电子所组成的惯性 称为价电子。导电性能核的电荷 与价电子有关

最外层有4个电子，受 原子核的束缚力最小， 称为价电子。导电性能 与价电子有关。 硅原子结构 简化模型 (+4)表示原子核和内 层电子所组成的惯性 核的电荷

硅制成单晶后,原子按一定规律整齐排列。 价电子受相邻原子核的 +4 +4 +4 作用,形成共价键。 共价键!价电子 共价键中的价电子获 得足够的能量时(温 +4 +4 ●(+4 度或光照)挣脱共价 空穴 自由电子键的束缚,成为自由 电子。同时,在共价 +4)● +4 键中留下空位,称为 空穴。 自由电子和空穴总是成对出现,称为电子空穴对 电子空穴对的产生称为本征激发(热激发)

硅制成单晶后，原子按一定规律整齐排列。 价电子受相邻原子核的 作用，形成共价键。 共价键中的价电子获 得足够的能量时（温 度或光照）挣脱共价 键的束缚，成为自由 电子。同时，在共价 键中留下空位，称为 空穴。 自由电子和空穴总是成对出现，称为电子空穴对。 电子空穴对的产生称为本征激发（热激发）

出现空穴后,共价键中的价电子就较易填补到这个空位上,过 程的持续进行,相当于空穴在晶体中移动。 +4 自由 电 2 空穴 +4 在本征硅中,自由电子作为携带负电荷的载流子参 加导电。空穴也可以看成是携带正电荷的载流子。 半导体特有的:电子导电和空穴导电两种载流子导电

在本征硅中，自由电子作为携带负电荷的载流子参 加导电。空穴也可以看成是携带正电荷的载流子。 半导体特有的:电子导电和空穴导电两种载流子导电 出现空穴后，共价键中的价电子就较易填补到这个空位上，过 程的持续进行，相当于空穴在晶体中移动

在本征激发的同时,自由电子受原子核的吸引还可 重新回到共价键中,称为复合。 在一定温度下,电子空穴对的热激发与复合达到动 态平衡,电子空穴对维持一定的浓度。 导电能力由电子空穴对的浓度决定。常温下,本征 硅中自由电子的浓度或空穴的浓度为硅原子浓度的 3万亿分之一。所以本征硅的导电能力是很弱的。 大约温度每升高10°C,载流子浓度将增加一倍,因 此,温度对半导体的导电性能有较大的影响

在本征激发的同时，自由电子受原子核的吸引还可 能重新回到共价键中，称为复合。 在一定温度下，电子空穴对的热激发与复合达到动 态平衡，电子空穴对维持一定的浓度。 导电能力由电子空穴对的浓度决定。常温下，本征 硅中自由电子的浓度或空穴的浓度为硅原子浓度的 3万亿分之一。所以本征硅的导电能力是很弱的。 大约温度每升高10ºC，载流子浓度将增加一倍，因 此，温度对半导体的导电性能有较大的影响

2.杂质半导体 为了提高半导体的导电能力,掺入某些微量的元 素作为杂质,称为杂质半导体。 (1)N型半导体 掺入磷、砷等五价元素。 +4 +4 自由 多余的价电子成为自 电子 由电子,且浓度远远 超过电子空穴对。 +5 杂质原子成为带一个电子 施主 电荷的正离子。 杂质 自由电子为多子 空穴为少子。 表示成

2. 杂质半导体 为了提高半导体的导电能力，掺入某些微量的元 素作为杂质，称为杂质半导体。 (1) N型半导体 掺入磷、砷等五价元素。 多余的价电子成为自 由电子，且浓度远远 超过电子空穴对。 杂质原子成为带一个电子 电荷的正离子。 自由电子为多子； 空穴为少子。 表示成：

(2)P型半导体 掺入硼、镓等三价元素。 当与四价原子组成共价键 +4 +4 时产生一个空位,周围共价° 空穴 键上的电子就来填补这个 空位形成一个空穴杂质原·(+4)·+3)+4) 子成为带一个电子电荷的 受主 负离子。 杂质 空穴为多子; +4 +4 自由电子为少子。 这种半导体以空穴导电为主, 称为P型半导体。表示成: 杂质半导体中,多子浓度由杂质的含量决定,少 子的浓度主要由温度决定

(2) P型半导体 掺入硼、镓等三价元素。 当与四价原子组成共价键 时产生一个空位,周围共价 键上的电子就来填补这个 空位,形成一个空穴,杂质原 子成为带一个电子电荷的 负离子。 空穴为多子； 自由电子为少子。 这种半导体以空穴导电为主， 称为P型半导体。 杂质半导体中，多子浓度由杂质的含量决定，少 子的浓度主要由温度决定。 表示成：

3.半导体中载流子的运动 漂移运动 扩散运动 ←空穴电流lp 电子电流ⅠN 扩散电流lPD 外电场E 自由电子 空穴 在电场作用下的定向运载流子由浓度高的区域向 动。自由电子与空穴产浓度低的区域扩散。 生的电流方向一致

3. 半导体中载流子的运动 漂移运动 扩散运动 在电场作用下的定向运 动。自由电子与空穴产 生的电流方向一致。 载流子由浓度高的区域向 浓度低的区域扩散