珠海科技学院：《模拟电子技术》课程教学资源（PPT课件）第3章 半导体二极管

第三章半导体二极管 3.1半导体的基本知识 3.2PN结的形成及特性 3.3二极管 3.4二极管的基本电路及其分析方法 3.5特殊二极管

第三章 半导体二极管 3.1 半导体的基本知识 3.2 PN结的形成及特性 3.3 二极管 3.4 二极管的基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管

3.1半导体的基本知识 在物理学中，根据材料的导电能力，可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和储Ge,它们都是4价元素。 si G 硅和锗最外层轨道上的 硅原子 锗原子 四个电子称为价电子

3.1 半导体的基本知识 在物理学中，根据材料的导电能力，可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。 si 硅原子 G e 锗原子 Ge +44 硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子

一.本征半导体 本征半导体一化学成分纯净的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常 称为“九个9”。 本征半导体的共价键结构 在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不 (+4)，●( 40 会成为自由电子，因此本 征半导体的导电能力很弱 接近绝缘体。 束缚电子

本征半导体的共价键结构 束缚电子+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不 会成为自由电子，因此本 征半导体的导电能力很弱 ，接近绝缘体。 一. 本征半导体 本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常 称为“九个9”

当温度升高或受到 +4 光的照射时，束缚 电子能量增高，有 的电子可以挣脱原 子核的束缚，而参 +4● +40 与导电，成为自由 电子。 空穴 自由电子 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，称为空穴。 这一现象称为本征激发，也称热激发

这一现象称为本征激发，也称热激发。 当温度升高或受到 光的照射时，束缚 电子能量增高，有 的电子可以挣脱原 子核的束缚，而参 与导电，成为自由 电子。 自由电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 空穴 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，称为空穴

可见本征激发同时产生电 子和空穴（电子空穴对）。 (+4 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 (+40●(+40 +4) 现象—复合 空穴 在一定温度下，本征激 自由电子 发和复合同时进行，达 到动态平衡，此时电子 空穴对的浓度一定。 常温300K时： 硅：1.4×100 cm 电子空穴对 电子空穴对的浓度 锗：2.5×1013 cm

可见本征激发同时产生电 子和空穴(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，此时电子 空穴对的浓度一定。 常温300K时： 电子空穴对的浓度 硅： 3 10 cm 1.410 锗： 3 13 cm 2.510 自由电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 空穴 电子空穴对

E 导电机制 +4) 自由电子 (+4O ● +4●● 自由电子 带负电荷电子流 载流子 空穴 带正电荷 空穴流 +=总电流 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

自由电子 带负电荷 电子流 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 自由电子 E － ＋ 载流子 ＋=总电流 空穴 带正电荷 空穴流 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。 导电机制

二.杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的 半导体称为杂质半导体。 1.N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例 如磷，砷等，称为N型半导体

二. 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的 半导体称为杂质半导体。 1. N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例 如磷，砷等，称为N型半导体

N型半导体 硅原子 电子空穴对 自由电子 多余电子 N型半导体 +4 磷原子 施主原子 施主离子 多数载流子一自由电子 少数载流子一空穴

N型半导体 多余电子 磷原子 施主原子 硅原子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +5 多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴 + + + + + + + + + + + + N型半导体 施主离子 电子空穴对 自由电子

2.P型半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。 电子空穴对 硅原子 空六 +4 P型半导体 空位 (+4P+3(+4)0 硼原子 受主原子 ⊙°°°° 4 受主离子 多数载流子 空穴 少数载流子 自由电子

在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。 空位 硼原子 受主原子 硅原子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +3 +4 +4 多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子 － － － － － － － － － － － － P型半导体 受主离子 空穴 电子空穴对 2. P型半导体

杂质半导体内粒子分布示意图 多子—电子 多子—空穴 P型半导体 N型半导体 O°⊙°⊙°Oǒ )O°O°⊙°O° O°O°O°O9 少子电子 少子—空穴 少子浓度一与温度有关敏感 多子浓度——与温度无关

杂质半导体内粒子分布示意图 + + + + + + + + + + + + N型半导体 多子—电子 少子—空穴 － － － － － － － － － － － － P型半导体 多子—空穴 少子—电子 少子浓度——与温度有关 敏感 多子浓度——与温度无关