清华大学：《模拟电子技术基础》课程教学资源（华成英第四版PPT课件讲稿）第一章 半导体二极管和三极管

堂學单 第一章半导体二极管和三极管

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 第一章 半导体二极管和三极管

第一章半导体二椴管和三极管 §11半导体基础知识 §12半导体二极管 §13晶体三极管 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 第一章 半导体二极管和三极管 §1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管

§半导体基础知识 一、本征半导体 杂质半导体 PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn §1 半导体基础知识 一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应

本征半导体 什么是睿导体?什么是本征导体? 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体一一铁、铝、铜等金属元素等低价元素,其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动,形成电流。 绝缘体一一惰性气体、橡胶等,其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强,只有在外电场强到一定程度时才可能导 电 半导体一一硅(Si)、锗(Ge),均为四价元素,它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 无杂质稳定的结构 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 一、本征半导体 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 1、什么是半导体？什么是本征半导体？ 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 无杂质 稳定的结构

羊大学 2、本征半导体的结构 共价键 自由 由于热运动,具有足够能量 空穴 电子 的价电子挣脱共价键的束缚 +4 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置,称为空穴 +4 +4 4 自由电子与空穴相碰同时消失,称为复合。动态平衡 定温度下,自由电子与空穴对的浓度一定;温度升高, 热运动加剧,挣脱共价键的电子增多,自由电子与空穴对 的浓度加大 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 2、本征半导体的结构 由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 共价键 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。 动态平衡

3、本征半导体中的两种载流子 运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时,带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电, 。}空穴-{。电子 且运动方向相反。由于载流子数 +4 +4 目很少,故导电性很差。 温度升高,热运动加剧,载 流子浓度增大,导电性增强。 ·(+4 4) 热力学温度0K时不导电。 两种载流子 为什么要将拌导体变成导电性很差的本征半导体? 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 两种载流子 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？ 3、本征半导体中的两种载流子 运载电荷的粒子称为载流子。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电

二、杂质半导体 1.N型拌导体 多数载流子 +4 空穴比未加杂质时的数目多 了?少了?为什么? ·电子t Q 杂质半导体主要靠多数载流 +4 子导电。掺入杂质越多,多子 主 原子 浓度越高,导电性越强,实现 +4 导电性可控。 磷(P) 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 二、杂质半导体 1. N型半导体 +5 磷（P） 杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。 多数载流子 空穴比未加杂质时的数目多 了？少了？为什么？

2.P型半导体 多数载流子 空穴 P型半导体主要靠空穴导电, 掺入杂质越多,空穴浓度越高, 导电性越强, 空位 在杂质半导体中,温度变化时, 主 载流子的数目变化吗?少子与多 原子 子变化的数目相同吗?少子与多 ..子浓度的变化相同吗? 硼(B) 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 2. P型半导体 +3 硼（B） 多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强， 在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？

三、PN结的形成及其单向导电性 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之, P区空穴 空穴负离子正离子自由电子 N区自由电 浓度远高 子浓度远高 于N区。 %6,6 于P区。 d。°6d P区 N区 扩散运动 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低,产生内电场。 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 三、PN结的形成及其单向导电性 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。 扩散运动 P区空穴 浓度远高 于N区。 N区自由电 子浓度远高 于P区。 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，产生内电场

羊大学 PN结的形成 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子,形成 内电场,从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N区运动。 空间电荷区 漂移运动 o°eo@s 因电场作用所产 生的运动称为漂移 Q⊙⑥⑥⑥运动 P区 N区 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同,达到动态 平衡,就形成了PN结。 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn PN 结的形成 因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态 平衡，就形成了PN结。 漂移运动 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动