清华大学：《电工与电子技术概论 Electrical and Electronics Engineering》课程教学资源（PPT课件）第十四章 半导体器件

第九讲 第14章半导体器件

(1-2) 第九讲 第14章 半导体器件

第14章半导体器件 §14.1半导体的基本知识 §14.2PN结及半导体二极管 §14.3特殊二极管 §14.4半导体三极管

(1-3) 第14章 半导体器件 § 14.1 半导体的基本知识 § 14.2 PN 结及半导体二极管 § 14.3 特殊二极管 § 14.4 半导体三极管

5141半导体的基本知识 14.1.1导体、半导体和绝缘体 自然界中很容易导电的物质称为导体,金 属一般都是导体。 有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。 另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体 之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓和—些 硫化物、氧化物等

(1-4) §14.1 半导体的基本知识 14.1.1 导体、半导体和绝缘体 自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。 有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。 另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体 之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些 硫化物、氧化物等

半导体的导电机理不同于其它物质,所 以它具有不同于其它物质的特点。比如 当受外界热和光的作用时,它的导 电能力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质 会使它的导电能力明显改变

(1-5) 半导体的导电机理不同于其它物质，所 以它具有不同于其它物质的特点。比如： 当受外界热和光的作用时，它的导 电能力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质， 会使它的导电能力明显改变

14.1.2本征半导体 现代电子学中,用的最多的半导体是硅和 锗,它们的最外层电子(价电子)都是四个

(1-6) 14.1.2 本征半导体 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。 Ge Si

通过一定的工艺过程,可以将硅和锗 制成晶体,半导体一般具有晶体结构。 完全纯净的、结构完整的半导体晶体 称为本征半导体。 在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成 晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心 而四个其它原子位于四面体的顶点,每个原子 与其相临的原子之间形成共价键,共用一对价 电子

(1-7) 通过一定的工艺过程，可以将硅和锗 制成晶体，半导体一般具有晶体结构。 完全纯净的、结构完整的半导体晶体， 称为本征半导体。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成 晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子

硅和锗的晶体结构

(1-8) 硅和锗的晶体结构

硅和锗的共价键结构 +4表示除 去价电子 后的原子 8●● 共价键 共用电子对 4 >3<

(1-9) 硅和锗的共价键结构 共价键 共用电子对 +4 +4 +4 +4 +4表示除 去价电子 后的原子

形成共价键后,每个原子的最外层电 子是八个,构成稳定结构, 共价键有很强的结合力 8使原子规则排列,形成品体 x 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键 中,称为束缚电子,常温下束缚电子很难脱 离共价键成为自由电子,因此本征半导体中 的自由电子很少,所以本征半导体的导电能 力很弱

(1-10) 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键 中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱 离共价键成为自由电子，因此本征半导体中 的自由电子很少，所以本征半导体的导电能 力很弱。 形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。 共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。 +4 +4 +4 +4

本征半导体的导电机理 在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时, 价电子完全被共价键束缚着,本征半导体 中没有可以运动的带电粒子(即载流子) 它的导电能力为0,相当于绝缘体。 在常温下,由于热激发,使一些价电子 获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成 为自由电子,同时共价键上留下一个空位 称为空穴。 1-l1

(1-11) 本征半导体的导电机理 在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时, 价电子完全被共价键束缚着，本征半导体 中没有可以运动的带电粒子（即载流子）， 它的导电能力为0，相当于绝缘体。 在常温下，由于热激发，使一些价电子 获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成 为自由电子，同时共价键上留下一个空位， 称为空穴