1.1,1.2(半导体的基本知识, PN结及其单向导电性)

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PN结及其单向导电性

PN结及其单向导电性

本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现
两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流
自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时,又不断复合。
在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡, 半导体中载流子便维持一定的数目。 注意:
--- - -- --- - -- ---- - -
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
–+
N
动画
内电场被加 强,少子的漂 移加强,由于 少子数量很少, 形成很小的反 向电流。
PN 结加反向电压时,PN结变宽,反向电流较小, 反向电阻较大,PN结处于截止状态。
温度越高少子的数目越多,反向电流将随温度增加。
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压(反向偏置)P接负、N接正
--- - -- + + + + + +
动画
--- - -- + + + + + +
--- - -- + + + + + +
P
内电场 外电场
N
–+
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压(反向偏置)P接负、N接正
PN 结变宽
1. 1 PN结及其单向导电性
1.半导体的导电特性: 热敏性:当环境温度升高时,导电能力显著增强

半导体的基础知识与PN结

半导体的基础知识与PN结
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素,如 硼、镓、铟等,即构成 P 型半导体(或称空穴型半导体 )。
空穴浓度多于自由电子浓度 空穴为多数载流子(简称多子), 电子为少数载流子(简称少子)。
+3
(本征半导体掺入 3 价元素后,原来 晶体中的某些硅原子将被杂质原子 代替。杂质原子最外层有 3 个价电 子,3与硅构成共价键,多余一个空 穴。)
6.在PN结的两端通过一块电流表短接,回路中无其它电源
,当用光照射该半导体时,电流表的读数是____C___。
A.增大 B.减小 C.为零 D.视光照强度而定
7.P型半导体中的多数载流子是__B_____。
A.电子 B.空穴 C.电荷 D.电流
8.N型半导体中的多数载流子是____A___。
A.自由电子 B.空穴 C.电荷 D.电流
B.P型半导体中只有空穴导电 C.N型半导体中只有自由电子参与导电 D.在半导体中有自由电子、空穴、离子参与导电
12.N型半导体中,主要靠__C_____导电,_______是少数载
流子。
A.空穴/空穴
B.空穴/自由电子
C.自由电子/空穴 D.自由电子/自由电子
13.P型半导体中,主要靠___B____导电,_______是少数载
+4
+4
+4
图 1.1.1 本征半导体结构示意图
3、本征半导体中的两种载流子
若 T ,将有少数价
T
电子克服共价键的束缚成
为自由电子,在原来的共 +4
+4
价键中留下一个空位—— 空穴。
自由电子和空穴使本
空穴
+4
+4
征半导体具有导电能力,

半导体基本理论简述

半导体基本理论简述
退出
3. 扩散和漂移达到动态平衡
扩散电流 等于漂移电流,
总电流 I = 0。
• 扩散运动:物质从浓度高的地方向浓度低的地方运动, 这种由于浓度差而产生的运动,称为扩散运动。
• 漂移运动:在电场力的作用下,载流子的运动称为漂 移运动。
2.2 PN 结的单向导电性
1. 外加正向电压(正向偏置) — forward bias
退出
1.半导体基本概念
• 本征半导体(Intrinsic crystal) :纯净、结构完整、 热力学温度T=0 K时没有自由电子的半导体。
• 晶格:晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵, 称为晶格。 以共用电子的形式,形成共价键结构。
稳定的共价键
退出
1.半导体基本概念
• 本征激发:在常温下受热引起电子激发的现象。 • 载流子:本征激发产生自由电子,共价结构中留
退出
空穴和电子产生过程
退出
1.半导体基本概念
• 半导体的导电性: 掺杂性、热敏性、光敏性 • 根据掺入不同的杂质(Doping),可生成N型和P型
两类半导体
– N型半导体:在本征半导体中掺入五价元素(如磷、锑) 后会出现多余电子,从而形成以自由电子为主的载流子, 空穴为少数载流子,这种半导体叫做N型半导体。
续扩散,形成电流,称为正向偏置电压,如图所示:
退出
PN结加反向电压——反向截止
• 如果外加电场与内电场方向相同,使内电场加强(耗尽层变 宽),进一步阻止载流子的扩散,阻止电流的形成,即反向 偏置电压的情况,如图所示:
退出
5-1 半导体基本理论简述
主要内容
1. 半导体基本概念 2. PN结与单向导电性
小结
退出
1.半导体基本概念

半导体基础知识

半导体基础知识
PN结外加的正向电压变化时,在扩散路程中载流子 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: C j Cb Cd
清华大学 华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
导通电压
0.6~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
开启电压
0.5V 0.1V
反向饱和电流
1µA以下 几十µA
从二极管的伏安特性可以反映出: 1. 单向导电性 u i IS (eU T 1) 正向特性为
指数曲线
若正向电压 UT,则i ISe u
u UT
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, 且运动方向相反。由于载流子数 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。 热力学温度0K时不导电。 两种载流子
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子 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。
一、二极管的组成
将PN结封装,引出两个电极,就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
i IS (e
u UT
1)
(常温下 UT 26m ) V
材料
硅Si 锗Ge

《半导体的基本知识》教学设计

《半导体的基本知识》教学设计

《电子技术基础》1-1半导体的基本知识教学设计1教学重点1.半导体的导电特性;2.两种杂质半导体的形成、特点。

教学难点 1. PN结的形成及其特点。

教学资源及手段多媒体课件;智慧树平台;YN智慧校园;钉钉;智慧黑板以及彩色粉笔。

教学方法讲授法;提问法;练习法;演示法;讨论法;自主学习法。

教学环节教学内容及过程课前教学内容教师活动学生活动设计意图1.通过智慧树平台,让学生利用微课视频提前预习教学内容;2.通过钉钉线上布置任务,让学生明确学习任务;3.通过钉钉线上提交课前预习情况及时调整课堂教学内容;4.准备电子课件、电子教案;课前,教师通过钉钉平台家校本功能发布预习任务;根据学生提交的课前学习任务完成情况,适时调整教学内容。

查看钉钉课前预习任务并按时提交,“智慧树”平台观看电子技术概述微课视频。

提升学生学习电子技术这门技术的兴趣,把握学生预习情况。

中复习旧知(2min) 准备上课:用YN智慧校园点名功能,进行签到;上次课内容的回顾本节课是电子技术基础的第一节课,可以直接新课导入,通过多媒体播放图片、实物展示等让学生在直观上感知电子技术的魅力,激发学生学习的好奇心。

把全班学生进行分组,对每个小组课前预习情况及完成率进行总结,并计入课堂考核。

教师提问,电子技术这门课的初步印象。

(提问法)分小组回答老师提出的问题,并互相评价每个小组回答的是否准确。

(讨论法)让学生对本门课程产生兴趣和认知2新课导入(5min)多媒体播放图片、微视频演示、实物观察让学生在直观上感知学习任务,激发学生学习的好奇心和求知欲。

YN智慧校园点名;视频演示、电路板实物演示。

(演示法)学生在YN智慧校园APP完成本节课考勤;观看视频、观察电路板的组成。

提高学生课堂注意力,激发学生学习兴趣。

新课讲解(32min)一、概述(5min)1.半导体(semiconductor)指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种。

半导体基础知识

半导体基础知识

符号
1
+ W78XX +
2
_
3
_
W79XX
1 2
3
1.6.3 W78XX、W79XX系列 集成稳压器的使用方法
一、 组成输出固定电压的稳压电路
1. W78XX系列
+
1
W78XX
Co
2
+
Uo = 12V
改善负载 的暂态响 应,消除 高频噪声
注意 3 Ui 输入 Ci 电压 极性 抵消输入 长接线的 电感效, 防止自激 Ci : 0.1~1F
IR + +
R UR
IL

IZ RL
2、引起电压不 稳定的原因
UI
电源电压的波动 负载电流的变化
DZ
稳压二极管
+ UL

将微小的电压变化转 换成较大的电流变化
三端稳压器封装及电路符号
封装
塑料封装
金属封装
79LXX
W7805 1 3 2
W7905 1 3 2
78LXX
1
2
3
UI GND UO GND UI UO
空穴
负离子
电子
正离子
一、载流子的浓度差引 N型材料 起多子的扩散扩散使 交界面处形成空间电 荷区(也称耗尽层)
内电场方向
二、空间电荷区特点
基本无无载流子,仅 有不能移动的离子
三、扩散和漂移达到动态平衡
扩散电流= 漂移电流 总电流=0 利于少子的漂移
形成内电场
阻止多子扩散进行
1.2.2 PN结的单向导电性
外界条件决定半导体内部 载流子数量
三、本征半导体: 纯净的半导体

PN结及其单向导电性

PN结及其单向导电性
PN结加反向电压(反向偏置): P区 接电源的负极、N区接电源的正极。
22
PN结正向偏置
+ P
变薄
-+ -+ -+ -+
多数载流子(多子):空穴。取决于掺杂浓度; 少数载流子(少子):电子。取决于温度。
+4
+4
空穴
硼原子
+3
+4
11
归纳

1、杂质半导体中两种载流子浓度不同,分为多 数载流子和少数载流子(简称多子、少子)。

2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂 浓度,少数载流子的数量取决于温度。
◆ 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。
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。
2
1. 本征半导体
纯净的半导体。如:硅和锗
本征半导体的导电机理
1).最外层四个价电子。
2)共价键结构
Ge
Si
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原子
共价键共用电子对
3
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。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力, 使原子规则排列,形成晶体。
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。
4
3)在绝对0度和没有 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。

半导体器件的基本知识

半导体器件的基本知识

1.4.2 光敏二极管
a) 光敏二极管伏安特性曲线
b) 光敏二极管图形符号
图1-17 光敏二极管伏安特性曲线及图形符号
1.4.3 发光二极管
发光二极管简写为LED,其工作原理与光电二极管相反。 由于它采用砷化镓、磷化镓等半导体材料制成,所以在通 过正向电流时,由于电子与空穴的直接复合而发出光来。
a) 发光二极管图形符号
b) 发光二极管工作电路
图1-18 发光二极管的图形符号及其工作电路
1.5 双极型晶体管
• 双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT),简称晶体管,它是通过一定的工艺 将两个PN结结合在一起的器件。由于PN结 之间相互影响,BJT表现出不同于单个PN 结的特性,具有电流放大作用,使PN结的 应用发生了质的飞跃。
1.输入特性曲线 UCE=0V的输入特性曲线类似二极管正向于特性曲线。UCE≥1V时,集电极 已反向偏置,而基区又很薄,可以把从发射极扩散到基区的电子中的绝大 部分拉入集电区。此后,UCE对IB就不再有明显的影响,其特性曲线会向 右稍微移动,但UCE再增加时,曲线右移很不明显,就是说UCE≥1V后的 输入特性曲线基本是重合的。所以,通常只画出UCE≥1V的一条输入特性 曲线。
PN结的两端外加不同极性的电压时,PN结呈现截然 不同的导电性能。
1.PN结外加正向电压
当外加电压V,正极接P区,负极接N区时,称PN结外加正 向电压或PN结正向偏置(简称正偏)。外加正向电压后,外 电场与内电场的方向相反,扩散与漂移运动的平衡被破坏。 外电场促使N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正 空间电荷,P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间 电荷,整个空间电荷区变窄,内电场被削弱,多数载流子 的扩散运动增强,形成较大的扩散电流(正向电流)。在 一定范围内,外电场愈强,正向电流愈大,PN结呈现出一 个阻值很小的电阻,称为PN结正向导通。
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之间,我们称之为半导体,常用的半导体材料有硅 (Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等,其中硅/锗应用最广。
第1章
第1次课
第 3页
电子技术
半导体特点: 1) 在外界能源的作用下,导电性能显 著变化。光敏元件、热敏元件属于此类。 2) 在纯净半导体内掺入杂质,导电性 能显著增加。二极管、三极管属于此类。
+ + + +
+ +
+ + + + + +
+ + + + + +
P
N
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。
第1章
第1次课
第43页
电子技术
空间电荷层 -
即PN结 + + + + + + + + + + + +
-
-
-
-
-
+ + + +
+ +
+ + + +
这就是半导体和金属导电原理的 本质区别
(2) 本征半导体的特点
a. 电阻率大 b. 导电性能随温度变化大
第1章
第1次课
第20页
电子技术
1.1.3 杂质半导体
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 N型导体 根据掺杂的不同,杂质半导体分为
P型导体
第1章
第1次课
第21页
电子技术
+4
+4 +4 +4
+4
+4
+4
空穴
第1章
第1次课
第 7页
电子技术
+4
+4
+4 电子空穴 成对产生
+4
+4
+4
+4
+4
+4
第1章
第1次课
第 8页
电子技术
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
第1章
第1次课
第 9页
电子技术
+4
+4
+4
+4 电子空穴 复合,成 对消失 +4
+4
+4
+4
+4
第1章
第1次课
+4
共价键中的电子被束缚着,本征 +4 半导体中没有自由电子,不导电。
第1章
+4
+4 价电子 +4
第 6页
+4
第1次课
电子技术
半导体导电性能容易变化的原因——
本 征 激 发 产 生 电 子 和 空 穴
共价键中的价电子不是很稳定(容易被激发)
这一现 象称为 本征激 发,也 称热激 发。
+4
+4
+4
自由电子
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。
第1章
第1次课
第46页
电子技术
1.PN结正向偏置 S + + + + + + E PN结正向偏置
第1章
第1次课
第47页
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + +
+ +
+ + + +
+ +
+ + + + + +
+ + + + + +
N
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)
第1章
第1次课
第45页
电子技术
1.2.2 PN结的单向导电性
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,
第1章
第1次课
第27页
电子技术
(2) P型半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼等。 +4 +4 +4
+4
+4
+4
+4
+4
第1章
+4 B
第1次课
第28页
电子技术
+4
+4
+4
+4
+4
+4
出 现 了 一 个 空 位
+4
+4
B
第1章
第1次课
第29页
电子技术
+4
+4
+4
空穴
+4
+4
+4 负离子
+4
电子技术
第 1 章 半导体二极管和三极管 1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结及其单向的导电性 1.3 二极管 1.4 三极管
第1章
第1次课
第 1页
电子技术
1.1
1.1.1 导体、绝缘体和半导体 1.1.2 本征半导体及其导电性 1.1.3 杂质半导体
半导体的基础知 识
1.1.4 PN结及其单向导电性
内电场被削弱
第1章
第1次课
第48页
电子技术
PN结正偏动画演示
(动画1-4)
第1章
第1次课
第49页
电子技术
2.PN结反向偏置 -
PN结变宽 + + + + + + E PN结呈现高电 阻、截止状态
第1章
+ + + + + +
+ + + + + + R
+ + + + + +
+ + + + + + IS
第10页
电子技术
U
在 外 电 场 作 用 下
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
第1章
第1次课
第12页
电子技术
U +4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
电 子 运 动 形 成 电 子 电 流
第1次课
第13页
第1章
电子技术
+4
+4
+4
+4
+4
+4
第1章
第1次课
第14页
电子技术
U +4
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
P
E内
N
R
电子技术
-
-
-
IF
-
-
PN结变窄 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + E
R
+ + + + + +
+ + + + + +
P
S
E内
N
多子进行扩散 PN结呈现低阻、导通状态
此电流称为反向饱和电流,记为IS,该电流比较小。
第1章
第1次课
第51页
电子技术
3 . PN结的电压与电流关系
I
P
_ _ _ _ _ _
+ + + + + +
N
I/mA
UBR
U
O IS
U/V
I I S (e
U UT
1)
第1章
第1次课
第52页
电子技术
4. PN结的反向击穿
当PN结的反向电压增 加到一定数值时,反向电 流突然快速增加,此现象 称为PN结的反向击穿。
+ + + + + +
P
S 不利多子扩散 有利少子漂移
E内
N
内电场增强
第1次课
第50页
电子技术
-
-
-
-
-
-
+ + + + + +
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