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1、上页下页返回模拟电子技术基础1.1.1 PN结的形成1.1 PN结半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间最常用的半导体材料物体根据其导电能力（电阻率）分半导体绝缘体导体锗硅1 半导体二极管及其应用上页下页返回模拟电子技术基础+14284Si硅原子结构示意图+3228 18Ge锗原子结构示意图4原子结构示意图+4硅、锗原子 的简化模型上页下页返回模拟电子技术基础平面结构立体结构+4+4+4+4+4+4+4+4+41. 本征半导体 本征半导体就是完全纯净的半导体上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键价电子上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4
2、本 征 半 导 体 受 热 或 光 照上页下页返回模拟电子技术基础本 征 激 发 产 生 电 子 和 空 穴自由电子空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4上页下页返回模拟电子技术基础电子空穴 成对产生+4+4+4+4+4+4+4+4+4上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4电子空穴 复合，成 对消失上页下页返回模拟电子技术基础 电子和空穴产生过程动画演示上页下页返回模拟电子技术基础本征激发使空穴和自由电子成对产生。相遇复合时，又成对消失。小结空穴浓度（np)=电子浓度(nn)温度T一定时np nn=K(
3、T)K(T) 与温度有关的常数 上页下页返回模拟电子技术基础在 外 电 场 作 用 下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页下页返回模拟电子技术基础电 子 运 动 形 成 电 子 电 流+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U价电子填 补空穴而 使空穴移 动，形成 空
4、穴电流上页下页返回模拟电子技术基础 半导体导电机理动画演示上页下页返回模拟电子技术基础(1) 在半导体中有两种载流子这就是半导体和金属导电原理的 本质区别a. 电阻率大(2) 本征半导体的特点b. 导电性能随温度变化大小结带正电的空穴带负电的自由电子本征半导体不能在半导体器件中直接使用上页下页返回模拟电子技术基础2掺杂半导体 在本征半导体硅或锗中掺入微量的其它适当元素后所形成的半导体根据掺杂的不同，杂质半导体分为N型导体P型导体(1) N型半导体 掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4掺入少量五价杂质元素磷P上页下页返回模拟电子
5、技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4P上页下页返回模拟电子技术基础多出 一个 电子出现 了一 个正 离子+4+4+4+4+4+4+4+4P上页下页返回模拟电子技术基础+半导体中产生了大量的自由电子和正离子上页下页返回模拟电子技术基础 N型半导体形成过程动画演示上页下页返回模拟电子技术基础c. 电子是多数载流子，简称多子;空穴是少数载流子，简称少子。e. 因电子带负电，称这种半导体为N(negative)型或电子型半导体。f. 因掺入的杂质给出电子，又称之为施主杂质。b. N型半导体中产生了大量的(自由）电子和正离子。小结d. np nn=K(T)a. N型半导体是在本征半导体中掺入少量
6、五价杂质元素形成的。上页下页返回模拟电子技术基础 (2) P型半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼等 。B +4+4+4+4+4+4+4+4+4上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4B上页下页返回模拟电子技术基础出 现 了 一 个 空 位+4+4+4+4+4+4B+4+4上页下页返回模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4B+4+4负离子空穴上页下页返回模拟电子技术基础-半导体中产生了大量的空穴和负离子上页下页返回模拟电子技术基础 P型半导体的形成过程动画演示上页下页返回模拟电子技术基础c. 空穴是多数载流子,电子是少数载流子。e. 因空穴带正电，称这种半导体
7、为P(positive)型或 空穴型半导体。f. 因掺入的杂质接受电子，故称之为受主杂质。a. P型半导体是在本征半导体中掺入少量的三价杂质元素形成的。b. P型半导体产生大量的空穴和负离子 。小结d. np nn=K(T)上页下页返回模拟电子技术基础当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可将N型转为P型；杂质半导体的转型当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可将P型转为N型。上页下页返回模拟电子技术基础N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
8、 + +以N型半导体为基片通过半导体扩散工艺3. PN结的形成上页下页返回模拟电子技术基础使半导体的一边形成N型区，另一边形成P型区。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +-P-上页下页返回模拟电子技术基础(1) 在浓度差的作用下，电子从 N区向P区扩散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +-P-上页下页返回模拟电子技术基础(2) 在浓度差的作用下，空穴从 P区向N区扩散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +-P-上页
9、下页返回模拟电子技术基础在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。在P区和N区 交界面上，留下了一层不能移动的正、负离子。小结N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +-P-上页下页返回模拟电子技术基础 即PN结空间电荷层N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +-P-上页下页返回模拟电子技术基础形成内电场内电场方向N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +-P-上页下页返回模拟电子技术基础PN结一方面阻碍多子的扩散N+ + + + + +
10、 + + + + + + + + + + + + + + + + + +-P-上页下页返回模拟电子技术基础另一方面加速少子的漂移N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +-P-上页下页返回模拟电子技术基础势垒U0形成电位势垒N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +-P-上页下页返回模拟电子技术基础当扩散与漂移作用平衡时 a. 流过PN结的净电流为零b. PN结的厚度一定（约几个微米）c. 接触电位一定（约零点几伏）N+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
11、 + + + + + +-P-上页下页返回模拟电子技术基础 PN结形成过程动画演示上页下页返回模拟电子技术基础当N区和P区的掺杂浓度不等时离子密 度大空间电荷 层较薄离子密 度小空间电荷 层较厚高掺杂浓度区 域用N+表示+ + + + + +_PN+上页下页返回模拟电子技术基础1.1.2 PN结的单向导电性1PN结正向偏置 PN结正向偏置 当外加直流电压使PN结P型半 导体的一端的电位高于N型半导体一端的电位时，称PN结正向偏置，简称正偏。PN结反向偏置 当外加直流电压使PN结N型半导体的一端的电位高于P型半导体一端的电位时，称PN结反向偏置，简称反偏。上页下页返回模拟电子技术基础- - -
12、- -PN+ + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE内+ + + + +EPN结正向偏置上页下页返回模拟电子技术基础内电场被削弱PN结变窄PN结呈现低阻、导通状态多子进行扩散- - - - -PN+ + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE内+ + + + +E上页下页返回模拟
13、电子技术基础 PN结正偏动画演示上页下页返回模拟电子技术基础内电场增强PN结变宽PN结呈现高 阻、截止状态不利多子扩散 有利少子漂移2PN结反向偏置 - - - - -PN+ + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE内+ + + + +E上页下页返回模拟电子技术基础此电流称为反向饱和电流，记为IS。因少子浓度主要与温度有关，反向电流与反向电压几 乎无关。- - - - -PN+ + + + + - - - - - - - - - - -
14、 - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE内+ + + + +E上页下页返回模拟电子技术基础 PN结反偏动画演示上页下页返回模拟电子技术基础1.1.3 PN结的电压与电流关系+ + + + +_ PN_ _ _ _ui上页下页返回模拟电子技术基础IS PN结反向饱和电流UT 热电压式中UT=KT qq 电子电量T 绝对温度在室温（T=300K)时， 。K 玻耳兹曼常数其中上页下页返回模拟电子技术基础(1) 当u = 0时，i = 0 ；(3) 当u UT 时，i IS 。讨论(2) 当u0，且u UT 时， ；上页下页返回模拟电子技术基础思 考 题1. 半导体中的载流子浓度主要与哪些因素有关？2. 扩散电流与漂移电流的主要区别是什么？上页下页返回模拟电子技术基础 1.2 半导体二极管 1.2.1
