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1、第二讲 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 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。 无杂质 稳定的结构 本征半导体是纯净的具有晶体结构的半导体。 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。 1、本征半导体的结构 由于热运动，具有足
2、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。 半导体在热激发下产生自由电子-空穴对的现象称为本 征激发。 共价键 自由电子与空穴相遇时会主动填补空穴，使两者同时消 失，这种现象称为复合。 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， 且运动方向相反分别形成电子电 流和空穴电流。本征半导体中的 电流为电子电流和空穴电流之和 。并且载流子数目很少，故导电 性很差。 2、本征半导体中的两种载流子及载流子浓度 运载电荷的粒子称为载流子。 一定温度下，自由电子空穴对的浓度一定（本征激发与复合 运动达到动态平衡）；温度升高，热运
3、动加剧，挣脱共价键的 电子增多，自由电子空穴对的浓度增大。 了解以下名词： l共用电子与共价键 l自由电子与空穴 l本征激发与复合 l热运动与动态平衡 l载流子 导体和半导体中的载流子是否相同？ 为什么？影响本征半导体中载流子浓 度的主要因素是什么？ 结论：本征半导体在不同的温度下，自由 电子和空穴的浓度不同，所以导电性能也 不同，当绝对温度等于0度时，为绝缘体。 就本征半导体和自然界半导体相比，本征 半导体的导电性要弱。 二、杂质半导体：本征半导体中掺入少量合适的杂质元素 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 ，实现人为的导电性可控。 多数载流
4、子 空穴比未加杂质时的数目 多了？少了？为什么？ 1. N1. N型半导体型半导体 2. P型半导体 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 多子数目的变化相同吗？少子与 多子浓度的变化相同吗？ 杂质半导体中，影响载流子浓度的主要因素是什么？影响多 子浓度的因素和影响少子浓度的主要因素是否相同？为什么？ 结论： 1、N型半导体自由电子为多数载流子，空穴 为少数载流子；主要靠自由电子导电，掺 入P元素越多，导电性越强。 2、 P型半导体自由电子为少数载流子，空穴 为多数载流子；主要靠空
5、穴导电，掺入B元 素越多，导电性越强。 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 N区自由电 子浓度远高 于P区。 当P型半导体和N型半导体制作在同一块硅片上时，交界面处 会产生扩散运动和复合运动，出现不可移动的正负离子区，从 而产生内电场，阻止扩散运动的继续进行。（内电场方向？） P区空穴 浓度远高 于N区。 PN结的形成 因内电场作用所产 生的运动称为漂移运 动。 当参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同 ，达到动态平衡时，交界面处就形成了PN结。 漂移运动 由于扩散运动使P区与N区的交界面处多数载流子浓度下降， 形成内电场
6、，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。 PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加 剧，由于外电场的作用，形 成正向电流，PN结处于导通 状态。 PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动 ，有利于漂移运动，形成漂移 电流。由于电流很小，故可近 似认为其截止。 PN结的单向导电性 PN结的电流方程和伏安特性 a、正向特性 b、反向特性 （当反向电压超过反向击穿电压时，反向电流急 剧增加，称为反向击穿） 1）齐纳击穿：掺杂浓度高，需较低的反向电压，直接破坏共价键 2）雪崩击穿：掺杂浓度低，需较高的反向电压，少子碰撞共价键 1 1、电流方程：、电流方程： 2 2、伏安特性、伏安特性： PN结的电容效应 1. 势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生 变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放 电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。 2. 扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散过程中载流 子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释 放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。 结电容： 这三个电容都不是确定值，与外接电压、回路电 流、PN结本身的结构有关！若PN结外加电压频率 高到一定程度，则失去单向导电性！ 清华大学清华大学 华成英华成英 hchyahchya
