高等职业技术教育电子电工类系列教材：西安电子科技大学出版社《电子技术基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第1章 半导体器件

第章半导体器件 第1章半导体器件 1.1半导体的基础知迟 12半导体二极管 41.3半导体三极管 414场效应管 BACK

第1章 半导体器件 第1章 半导体器件 1.1 半导体的基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 场效应管

第章半导体器件 11半导体的基础知识 物体根据导电能力的强弱可分为导体、半导体和 绝缘体三大类。凡容易导电的物质(如金、银、铜、 铝、铁等金属物质)称为导体;不容易导电的物质 (如玻璃、橡胶、塑料、陶瓷等)称为绝缘体;导电 能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅、锗、硒等) 称为半导体。半导体之所以得到广泛的应用,是因为 它具有热敏性、光敏性、掺杂性等特殊性能

第1章 半导体器件 1.1 半导体的基础知识 物体根据导电能力的强弱可分为导体、半导体和 绝缘体三大类。凡容易导电的物质（如金、银、铜、 铝、铁等金属物质）称为导体；不容易导电的物质 （如玻璃、橡胶、塑料、陶瓷等）称为绝缘体；导电 能力介于导体和绝缘体之间的物质（如硅、锗、硒等） 称为半导体。半导体之所以得到广泛的应用，是因为 它具有热敏性、光敏性、掺杂性等特殊性能

第章半导体器件 1.11本征半导体 本征半导体是一种纯净的半导体晶体。常用的半 导体材料是单晶硅(Si)和单晶锗(Ge)。 半导体硅和锗都是4价元素,其原子结构如图 1.1(a)(b)所示

第1章 半导体器件 1.1.1本征半导体 本征半导体是一种纯净的半导体晶体。常用的半 导体材料是单晶硅（Si）和单晶锗（Ge）。 半导体硅和锗都是4价元素，其原子结构如图 1.1(a),(b)所示

第章半导体器件 价电子 电子轨道 惯性核 +4 +14 +32 价电子 原子核 图1.1半导体的原子结构示意图 (a)硅原子;(b)锗原子;(c)简化模型

第1章 半导体器件 ＋ 4 惯性核 价电子 Ge ＋ 3 2 Si ＋ 1 4 原子核 电子轨道 价电子 (a) (b) (c) 图1.1半导体的原子结构示意图 （a）硅原子；（b）锗原子；（c）简化模型

第章半导体器件 本征半导体晶体结构示意图如图12所示。由图12 可见,各原子间整齐而有规则地排列着,使每个原子 的4个价电子不仅受所属原子核的吸引,而且还受相邻 4个原子核的吸引,每一个价电子都为相邻原子核所共 用,形成了稳定的共价键结构。每个原子核最外层等 效有8个价电子,由于价电子不易挣脱原子核東缚而成 为自由电子,因此,本征半导体导电能力较差

第1章 半导体器件 本征半导体晶体结构示意图如图1.2所示。由图1.2 可见，各原子间整齐而有规则地排列着，使每个原子 的4个价电子不仅受所属原子核的吸引，而且还受相邻 4个原子核的吸引，每一个价电子都为相邻原子核所共 用，形成了稳定的共价键结构。每个原子核最外层等 效有8个价电子，由于价电子不易挣脱原子核束缚而成 为自由电子，因此，本征半导体导电能力较差

第章半导体器件 +9+4)9(+ 共价键 +4 +4 +4 价电子 ++9+ 图1.2单晶硅的共价键结构

第1章 半导体器件 ＋4 共价键 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 价电子 图1.2单晶硅的共价键结构

第章半导体器件 但是,如果能从外界获得一定的能量(如光照、温 升等),有些价电子就会挣脱共价键的束缚而成为自由 电子,在共价键中留下一个空位,称为“空穴”。空穴 的出现使相邻原子的价电子离开它所在的共价键来填补 这个空穴,同时,这个共价键又产生了一个新的空穴。 这个空穴也会被相邻的价电子填补而产生新的空穴,这 种电子填补空穴的运动相当于带正电荷的空穴在运动, 并把空穴看成一种带正电荷的载流子。空穴越多,半导 体的载流子数目就越多,因此形成的电流就越大

第1章 半导体器件 但是，如果能从外界获得一定的能量（如光照、温 升等），有些价电子就会挣脱共价键的束缚而成为自由 电子，在共价键中留下一个空位，称为“空穴” 。空穴 的出现使相邻原子的价电子离开它所在的共价键来填补 这个空穴，同时，这个共价键又产生了一个新的空穴。 这个空穴也会被相邻的价电子填补而产生新的空穴，这 种电子填补空穴的运动相当于带正电荷的空穴在运动， 并把空穴看成一种带正电荷的载流子。空穴越多，半导 体的载流子数目就越多，因此形成的电流就越大

第章半导体器件 在本征半导体中,空穴与电子是成对出现的,称 为电子一空穴对。其自由电子和空穴数目总是相等的 本征半导体在温度升高时产生电子一空穴对的现象称为 本征激发。温度越高,产生的电子一空穴对数目就越多, 这就是半导体的热敏性。 在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子, 而导体中只有自由电子这一种载流子,这是半导体与 导体的不同之处

第1章 半导体器件 在本征半导体中，空穴与电子是成对出现的，称 为电子—空穴对。其自由电子和空穴数目总是相等的。 本征半导体在温度升高时产生电子—空穴对的现象称为 本征激发。温度越高，产生的电子—空穴对数目就越多， 这就是半导体的热敏性。 在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子， 而导体中只有自由电子这一种载流子，这是半导体与 导体的不同之处

第章半导体器件 1.I 12杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质元素,就会使半导体 的导电性能发生显著改变。根据掺入杂质元素的性质不同, 杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两大类 1.P型半导体 P型半导体是在本征半导体硅(或锗)中掺入微量的3 价元素(如硼、铟等)而形成的。因杂质原子只有3个价 电子,它与周围硅原子组成共价键时,缺少1个电子,因 此在晶体中便产生一个空穴,当相邻共价键上的电子受热 激发获得能量时,就有可能填补这个空穴,使硼原子成为 不能移动的负离子,而原来硅原子的共价键因缺少了一个 电子,便形成了空穴,使得整个半导体仍呈中性,如图 1.3所示

第1章 半导体器件 1.1.2 杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质元素，就会使半导体 的导电性能发生显著改变。根据掺入杂质元素的性质不同， 杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两大类。 1. P型半导体 P型半导体是在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的3 价元素（如硼、铟等）而形成的。因杂质原子只有3个价 电子，它与周围硅原子组成共价键时，缺少1个电子，因 此在晶体中便产生一个空穴，当相邻共价键上的电子受热 激发获得能量时，就有可能填补这个空穴，使硼原子成为 不能移动的负离子，而原来硅原子的共价键因缺少了一个 电子，便形成了空穴，使得整个半导体仍呈中性，如图 1.3所示

第章半导体器件 +4 +4 +4 由于热激发而产 生的自由电子 +4 +4 自由电子移走 后留下的空穴 +4 +4 +4 图1.3P型半导体的共价键结构

第1章 半导体器件 ＋4 由于热激发而产 生的自由电子 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 自由电子移走 后留下的空穴 图1.3P型半导体的共价键结构