上海交通大学：《电路与电子技术》课程教学资源（课件讲稿）常用半导体器件

上泽天大兽 第一章常用半导体器件 ■1.1半导体基础 ■1.2二极管 ■1.3三极管（双极型晶体管) ■14场效应管（移至第二章）

第一章 常用半导体器件 常用半导体器件 � 1.1 半导体基础 � 1.2 二极管 � 1.3 三极管（双极型晶体管） � 1.4 场效应管(移至第二章）

上泽天大兽 1.1半导体基本知识 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。 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。 典型的半导体有硅Si和锗Gε以及砷化镓 GaAs等。 本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。 杂质半导体：通过扩散工艺，掺入了少量合适 的杂质元素的半导体

1.1 半导体基本知识 半导体基本知识 � 本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。 � 杂质半导体：通过扩散工艺，掺入了少量合适 的杂质元素的半导体 。 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。 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓 GaAs等

上泽大兽 1.1.1本征半导体 每个原子周围有四个相 邻的原子，原子之间通 +4 +4 过共价键紧密结合在一 共价键 起。两个相邻原子共用 一对电子。 +4 硅晶体的空间排列 本征半导体结构示意图

1.1.1 本征半导体 本征半导体结构示意图 硅晶体的空间排列 每个原子周围有四个相 邻的原子，原子之间通 过共价键紧密结合在一 起。两个相邻原子共用 一对电子

上泽庆大兽 本征半导体的导电机理 在绝对0度和没有外界激发的情况下，本征半导体相当于绝缘体。 本征激发 由热激发或光照而产生的自由电子和空穴对。 +4 自由 空穴 动画演示：本征激发与复合 动画演示：空穴在晶格中的移动 +4 复合：自由电子与空穴相遇，相互消失

本征激发 由热激发或光照而产生的自由电子和空穴对。 复合：自由电子与空穴相遇，相互消失。 本征半导体的导电机理 本征半导体的导电机理 动画演示：本征激发与复合 动画演示：空穴在晶格中的移动 在绝对0度和没有外界激发的情况下，本征半导体相当于绝缘体

上泽天大兽 本征半导体的导电机理 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 载流子浓度公式： ,-P,=K,T3/2eEoo(21 自由电子、空穴浓度(cm-3), T为热力学温度 K为波耳兹曼常数；EGo、K是与半导体材料有关的常量。 *本征半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑

3/ 2 /(2 ) 1 E kT i i GO n p K T e − = = 自由电子、空穴浓度（cm－3）， T为热力学温度 K为波耳兹曼常数 ；EGO、K1是与半导体材料有关的常量。 载流子浓度公式： 本征半导体的导电机理 本征半导体的导电机理 *本征半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑ 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度

上泽大警 1.1.2杂质半导体 ■定义：通过扩散工艺，掺入了少量合适的杂 质元素的半导体。 ■分类：N型半导体；P型半导体

1.1.2 杂质半导体 � 定义：通过扩散工艺，掺入了少量合适的杂 质元素的半导体。 � 分类：N型半导体；P型半导体

上泽充大辛 N型半导体 P型半导体 掺入五价杂质元素（如磷) 掺入三价杂质元素（如硼) 空穴 +4 由 电 空位 +5 +4 3 +4 施主 受主 原子 原子 +4 自由电子= 多子 ←它主要由杂质原子提供◆空穴 多子 空穴 少子 由热激发形成◆ 自由电子=少子

N型半导体 掺入五价杂质元素（如磷） P型半导体 掺入三价杂质元素（如硼） 自由电子 ＝ 多子 空穴 ＝ 少子 空穴 ＝ 多子 自由电子 ＝ 少子 它主要由杂质原子提供 由热激发形成

上泽大警 小节1 ·本征半导体、本征激发 复合 自由电子 空穴 *半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑ 染质半导体厂N型半导体、施主杂质5价) P型半导体、受主杂质(3价) *半导体导电特点2：掺杂可以显著提高导电能力 ·多数载流子、少数载流子

• 本征半导体、本征激发 小节1 自由电子 空穴 N型半导体、施主杂质(5价) P型半导体、受主杂质(3价) • 多数载流子、少数载流子 •杂质半导体 复合 *半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑ *半导体导电特点2：掺杂可以显著提高导电能力

上泽大警 1.1.3PN结 ■ PN结的形成 ■ PN结的单向导电性 ■ PN结的电流方程 ■ PN结的伏安特性 ■ PN结的电容效应

1.1.3 PN 1.1.3 PN结 � PN结的形成 � PN结的单向导电性 � PN结的电流方程 � PN结的伏安特性 � PN结的电容效应

上泽大兽 PN结的形成 载流子的运动： 扩散运动—浓度差产生的载流子移动 空穴负离子正离子自由电子 o日日百百⑧'0⑧ 漂移运动—在电场作用下，载流子的移动 6.⊙日a⑧⑧o⑧.⑧ ⊙⊙0，旦百'@⑧⑧⑧ PN结形成过程可分成4步 PN结 P区 N区 (a 1、浓度差→多子的扩散运动 耗尽层 空间电荷区 o'o ol ⊙⊙田0▣'0⑧ 0 2、扩散→空间电荷区→内电场 oo ①① ⊙⊙© ①⊙⊙'0⊙ P区 N区 3、内电场→少子的漂移运动 →阻止多子的扩散 (b) 4、扩散与漂移达到动态平衡

PN结的形成 载流子的运动： 载流子的运动： 载流子的运动： 载流子的运动： 扩散运动——浓度差产生的载流子移动 漂移运动——在电场作用下，载流子的移动 1、浓度差→多子的扩散运动 2、扩散→空间电荷区→内电场 3、内电场→少子的漂移运动 →阻止多子的扩散 4、扩散与漂移达到动态平衡 PN结 形成过程可分成4步 PN结 耗尽层