《模拟电子技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 半导体二极管（1.1）半导体的基础知识

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半导体二极管 第 1 章 1.1 半导体的基础知 识 1.1.1 本征半导体 1.1.2 杂质半导体 1.1.3 PN 结 (Semiconductor Diode)

拟电子彼求 第1章半导体二极管 111本征半导体 半导体一导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 本征半导体—纯净的半导体。如硅、锗单晶体, 载流子一自由运动的带电粒子。 共价键—相邻原子共有价电子所形成的束缚 硅(锗)的原子结构 硅(锗)的共价键结构 8;@?序四 +4 +4 自由 空电 简化。+4 价电子 穴 模型 +4。·+4 (束缚电子) 惯性核 空穴空穴可在共 价键内移动

1.1.1 本征半导体 半导体 — 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 本征半导体 — 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。 载流子 — 自由运动的带电粒子。 共价键 — 相邻原子共有价电子所形成的束缚。 +4 +4 +4 +4 硅(锗)的原子结构 Si 2 8 4 Ge 2 8 18 4 简化 模型 +4 惯性核 硅(锗)的共价键结构 价电子 自 由 电 子 (束缚电子) 空 穴 空穴 空穴可在共 价键内移动 第 1 章 半导体二极管

拟电子彼求 第1章半导体二极管 本征激发: 在室温或光照下价电子获得足够能量摆 脱共价键的束缚成为自由电子,并在共价键 中留下一个空位(空穴)的过程 复合: 自由电子和空穴在运动中相遇重新结合 成对消失的过程。 漂移: 自由电子和空穴在电场作用下的定向运 动

本征激发： 复 合： 自由电子和空穴在运动中相遇重新结合 成对消失的过程。 漂 移： 自由电子和空穴在电场作用下的定向运 动。 在室温或光照下价电子获得足够能量摆 脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键 中留下一个空位(空穴)的过程。 第 1 章 半导体二极管

拟电子彼求 第1章半导体二极管 两种载流子 两种载流子 两种载流子的运动 电子(自由电子)自由电子(在共价键以外)的运动 空穴 空穴(在共价键以内)的运动 结论: 1.本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少; 2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电; 3.本征半导体导电能力弱,并与温度有关

两种载流子 电子(自由电子) 空穴 两种载流子的运动 自由电子(在共价键以外)的运动 空穴(在共价键以内)的运动 结论： 1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少； 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电； 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。 两种载流子 第 1 章 半导体二极管

拟电子彼求 第1章半导体二极管 112杂质半导体 、N型半导体和P型半导体 N型 P型 +4。0+4 +4 +4 X+4 +4 +4、 +5 +4 +43 +4 硼原子 空穴 磷原子 自由电子 电子为多数载流子空穴一多子守 空穴为少数载流子 电子一少子 施主 受主 载流子数≈电子数原子载流子数≈空穴数原子

1.1.2 杂质半导体 一、N 型半导体和 P 型半导体 N 型 +5 +4 +4 +4 +4 +4 磷原子 自由电子 电子为多数载流子 空穴为少数载流子 载流子数  电子数 P 型 +3 +4 +4 +4 +4 +4 硼原子 空穴 空穴 — 多子 电子 — 少子 载流子数  空穴数 施主 离子 施主 原子 受主 离子原 第 1 章 半导体二极管

拟电子彼求 第1章半导体二极管 杂质半导体的导电作用 N型半导体I≈I P型半导体I≈p 三、P型、N型半导体的简化图示 负离子 正离子 ④c④④ 500.0 多数载流子少数载流子多数载流子少数载流子

二、杂质半导体的导电作用 I IP IN I = IP + IN N 型半导体 I  IN P 型半导体 I  IP 三、P 型、N 型半导体的简化图示 负离子 多数载流子 少数载流子 正离子 多数载流子 少数载流子 + – 第 1 章 半导体二极管

拟电子彼求 第1章半导体二极管 113PN结 PN结形成」 PN结( PN Junction)的形成 1.载流子的浓度差引起多子的扩散 内建电场 2.复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层) 空间电荷区特点: 无载流子,阻止扩散进行,利于少子的漂移。 3.扩散和漂移达到动态平衡 扩散电流等于漂移电流,总电流Ⅰ=0

1.1.3 PN 结 一、PN 结(PN Junction)的形成 1. 载流子的浓度差引起多子的扩散 2. 复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层) 空间电荷区特点: 无载流子， 阻止扩散进行，利于少子的漂移。 3. 扩散和漂移达到动态平衡 扩散电流 等于漂移电流，总电流 I = 0。 内建电场 PN 结形成 第 1 章 半导体二极管

拟电子彼求 第1章半导体二极管 PN结单向导电「 PN结的单向导电性 1.外加正向电压(正向偏置)— forward bias P区图N区}地姨影响教 和部分离子隽字思 荷区变窄 外电场 内电场 R—限流电阻 2.外加反向电压(反向偏置)— reverse bias R 凖场黴邡强菁蓠小粆动 内电场 I=Ⅰx≈帘间电荷区变宽。 外电场 PN结的单向导电性:正偏导通,呈小电阻,电流较大; 反偏截止,电阻很大,电流近似为零

二、PN 结的单向导电性 1. 外加正向电压(正向偏置) — forward bias P 区 N 区 内电场 + − U R 外电场 外电场使多子向PN 结移动, 中和部分离子使空间电荷区变窄。 IF 限流电阻 扩散运动加强形成正向电流IF 。 IF = I多子 − I少子  I多子 2. 外加反向电压(反向偏置) — reverse bias P 区 N 区 − + U R 内电场 外电场 外电场使少子背离PN 结移动， 空间电荷区变宽。 IR PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。 漂移运动加强形成反向电流 IR IR = I少子  0 PN 结单向导电 第 1 章 半导体二极管