半导体的基础知识与PN结
半导体PN结_图文
21
1.1.3 半导体载流子的运动
漂移运动：两种载流子（电子和空穴）在
电场的作用下产生的定向运动。
两种载流子运动产生的电流方向一致。
空穴
电流I
. 。 。 。
.
∙
电子
电场作用下的漂移运动
因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半 导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子 因无共价键束缚而很容易被激发而成为自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由 杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为 正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。
按电容的定义:
即电压变化将引起电荷变化, 从而反映出电容效应。 而ＰＮ结两端加上电压, ＰＮ结内就有电荷的变
化, 说明ＰＮ结具有电容效应。 PN结具有的电容效应，由两方面的因素决定。 一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
40
1) 势垒电容CT
势垒电容是由阻挡层内空间电荷引起的。 空间电荷区是由不能移动的正负杂质离子所形成的,均 具有一定的电荷量, 所以在ＰＮ结储存了一定的电荷, 当外 加电压使阻挡层变宽时, 电荷量增加；反之, 外加电压使阻 挡层变窄时, 电荷量减少。 即阻挡层中的电荷量随外加电压变化而改变, 形成了电容效 应, 称为势垒电容,用 CT表示。
如果外加电压使PN结中： P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压， 简称正偏； P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压， 简称反偏。
30
在一定的温度条件下 ，由本征激发决定的少子 浓度是一定的，故少子形 成的漂移电流是恒定的， 基本上与所加反向电压的 大小无关，这个电流也称 为反向饱和电流。
1.1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结的伏安特性 五、PN结的电容效应
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？ 、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－ －－铁 铜等金属元素等低价元素， 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。 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， －－惰性气体 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， 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 ）、锗 ），均为四价元素 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 ）、 ），均为四价元素， 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。 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 是纯净的晶体结构的半导体。 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
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？ 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
半导体的导电机理不同于其它物质， 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 的导电机理不同于其它物质 具有不同于其它物质的特点。例如： 具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时， 当受外界热和光的作用时， 它的导电能力明显变化。 它的导电能力明显变化。
说明： 说明：
PN 结总的结电容 Cj 包括势垒电容 Cb 和扩散电容 Cd 两部分。 两部分。 一般来说，当二极管正向偏置时， 一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要 作用，即可以认为 Cj ≈ Cd； 作用， 当反向偏置时，势垒电容起主要作用， 当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为 Cj ≈ Cb。 Cb 和 Cd 值都很小，通常为几个皮法 ~ 几十皮法， 值都很小， 几十皮法， 有些结面积大的二极管可达几百皮法。 有些结面积大的二极管可达几百皮法。
半导体基础知识
PN结
PN结外加正向电压 这时外加电压形成电场的方向与自建 场的方向相反，从而使PN结变窄，扩 散作用大于漂移作用，多数载流子向 对区域扩散形成正向电流，方向从P区 指向N区。
PN结外加反向电压 PN结外加反向电压与外加正向电压相 反，PN结处于截止状态，呈现的电阻 为反向电阻，而且阻值很高。 正向电压作用下，PN结处于导通状态； 反向电压作用下，PN结处于截止状态。 因此PN结具有单向导电性。
半导体二极管
半导体二极管是由PN结加上引线和管壳 构成的。
稳压二极管 稳压二极管是使用二极管的击穿特性。 它是因为二极管工作在反向击穿区，反向电流变化很大的情况下， 反向电压变化则很小，从而表现出很好的稳定性。 二极管的应用 1、限幅电路 2、半波整流电路 3、开关电路 4、低电压稳压电路
二极管限幅
半导体三极管
把两个二极管背靠背的连在一起是 没有放大作用的，要想使它具有放 大作用，必须做到以下几点： 1、发射区重掺杂 2、基区必须很薄 3、集电结的面积应很大 4、工作时，发射结应正向偏置，集 电结应反向偏置
载流子的传输过程 因为发射结正向偏置，且发射区进 行重掺杂，所以发射区的多数载流 子扩散注入至基区，又由于集电结 的反向作用，故注入至基区的载流 子在基区形成浓度差，因此这些载 流子从基区扩散到集电结，被电场 拉至集电区形成集电极电流。而留 在基区的很少，因为基区做的很薄。
半波整流电路
二极管开关电路
钳位作用
输入到NJM4580D器件3脚的电压会被限制到-5V～5V之间
半导体三极管
通过工艺的方法把两个二极管背靠背地连接起来组成了三极管。
三极管有三个电极：基极、集电极、发射极。 同时在两两交界处形成PN结，分别是发射结和集电结。 按PN结组合方式有PNP型和NPN型。 三极管有三个区：发射区、基区、集电区。
半导体基础知识.
超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。
【例1-1】在图中，已知稳压二极管的
U Z 6.3V ，已知
稳压二极管的正向导通压降 U F =0.7V 。当U = 20V ，R=1kΩ I 时,求Uo
解 当 U I =+20V ， 反向击穿稳压
U F2 = 0.7V U Z =6.3V VDZ2 正向导通， ，
U = +7V； 同理， U I = 20V
O
U = 7V
O
稳压电路
1.4.2 发光二极管
发光二极管简称LED，它是一种将电能转换为光能的半 导体器件。 发光二极管的符号如图所示。 发光二极管常用于作为显示器件， 可单个使用，也可作成7段式或矩 阵式，工作时加正向电压，并接入 相应的限流电阻，工作电流一般为 几毫安到几十毫安，正向导通时的 管压降为1.8～2.2V。
缘体。
束缚电子
+4
+4
+4
当温度升高或受到 光的照射时，束缚 电子能量增高，有 的电子可以挣脱原 子核的束缚，而参 与导电，成为自由
+4
空穴
+4
自由电子
+4
+4
+4
+4
电子。 自由电子产生的 同时，在其原来的共 价键中就出现了一个 空位，称为空穴。
这一现象称为本征激发，也称热激发。
可见本征激发同时产生
正向电流
－
内电场 E
EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 动画演示 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动 →少子漂移形成反向电流I
半导体物理学中的pn结
半导体物理学中的pn结半导体物理学是研究半导体材料和器件的特性及其应用的科学领域。
而其中一个核心概念便是pn结，它是一种半导体器件中常见的结构。
本文将介绍pn结的基本原理、特性和应用。
一、pn结的构成pn结由p型半导体和n型半导体直接接触形成。
p型半导体是掺入了三价杂质的半导体，如掺入硼或铝，带有多余的电子空穴。
n型半导体则是掺入了五价杂质的半导体，如掺入砷或磷，带有过剩的自由电子。
当这两种半导体相结合时，空穴和自由电子会通过碰撞重组，形成一个带电的区域，即结区。
二、pn结的工作原理在pn结中，有两个关键区域：n端和p端。
n端富含自由电子，而p端则富含电子空穴。
由于电荷差异，电子和空穴会相互扩散到对方的区域，形成漂移电流。
同时，当电子和空穴通过重组而消失时，会形成一个正电荷层和一个负电荷层。
这就是常说的耗尽区。
在平衡状态下，耗尽区的正电荷层和负电荷层正好平衡，称为开路状态。
而当外加电压施加在pn结上时，会改变耗尽区的电荷分布。
当施加的电压为正向偏置时，p端连接的电源的正极与n端连接的电源的负极，会加大耗尽区的宽度，减小耗尽区正负电荷层的高度，这就形成了导通状态。
反过来，当施加的电压为反向偏置时，p端连接的电源的负极与n端连接的电源的正极，会增大耗尽区的宽度和正负电荷层的高度，这就形成了截止状态。
三、pn结的特性1. 双向导电性：pn结在正向偏置下会导电，形成导通状态。
而在反向偏置下则会截止，不导电。
这种特性使得pn结成为一种可控制的电子器件。
2. 整流性：由于pn结的双向导电性，它可以用于整流电路。
在正向偏置下，电流可以流过pn结，而在反向偏置下则会被截止。
3. 光电效应：当光照射到pn结上时，通过光电效应，光子能量会被转化为电能。
这使得pn结广泛应用于光电器件，如太阳能电池。
四、pn结的应用1. 整流器件：如二极管和整流电路，用于将交流电转换为直流电。
2. 放大器件：如晶体管，能够放大信号，实现电子设备的放大功能。
半导体基础知识
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
第二章-半导体与PN结
&2.3.2载流子的产生
--吸收系数
吸收系数决定着一个给定波长的光子在被吸收之前能在材料走多 远的距离。如果某种材料的吸收系数很低，那么光将很少被吸收， 并且如果材料的厚度足够薄，它就相当于透明的。吸收系数的大小 决定于材料和被吸收的光的波长。在半导体的吸收系数曲线图中出 现了一个很清晰的边缘，这是因为能量低于禁带宽度的光没有足够 的能量把电子从价带转移到导带。因此，光线也就没被吸收了。下 图显示几种半导体材料的吸收系数： 四种不同半导体才在温 度为300K时的吸收系数α， 实验在真空环境下进行。
2014-8-24
UNSW新南威尔士大学
13
&2.2.5基本原理
--平衡载流子浓度
在没有外加偏压的情况下，导带和价带中的载流子浓度就叫本征载 流子浓度。对于多子来说，其平衡载流子浓度等于本征载流子浓度 加上掺杂入半导体的自由载流子的浓度。在多数情况下，掺杂后半 导体的自由载流子浓度要比本征载流子浓度高出几个数量级，因此 多子的浓度几乎等于掺杂载流子的浓度。 在平衡状态下，多子和少子的浓度为常数，由质量作用定律可 得其数学表达式。 n0p0=n2i 式中ni表示本征载流子浓度，n0和p0分别为电子和空穴的平衡载 流子浓度。使用上面的质量作用定律，可得多子和少子的浓度：
右图是一个硅锭，由 一个大的单晶硅组成， 这样一个硅锭可以被切 割成薄片然后被制成不 同半导体器件，包括太 阳能电池和电脑芯片。
2014-8-24 UNSW新南威尔士大学 2
&2.2.1基本原理
--半导体的结构
半导体是由许多单原子组成的，它们以有规律的周期性的结构键 合在一起，然后排列成型，借此，每个原子都被8个电子包围着。 一个单原子由原子核和电子构成，原子核则包括了质子（带正电荷 的粒子）和中子（电中性的粒子），而电子则围绕在原子核周围。 电子和质子拥有相同的数量，因此一个原子的整体是显电中性的。 基于原子内的电子数目（元素周期表中的每个元素都是不同的）， 每个电子都占据着特定的能级。下图展示了一种半导体的结构.
半导体基础知识
参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的空穴仍会被邻近共价键中跳 出来的价电子填补上，这种价电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种 不同于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子的运动，我们把价电 子填补空穴的复合运动称为空穴运动。
半导体基础知识
＋4
＋4
＋4
＋4
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＋4
＋4
汽车电工电子技术
半导体基础知识
半导体基础知识
主要内容：
本征激发、PN结的形成 PN结的单向导电性
重点难点：
本征激发、PN结的形成
半导体基础知识
1、物质的分类
在自然界中，物体按其导电能力划分为导体、绝缘 体和半导体。 导 体：如铜、铝 绝缘体：如橡胶、瓷器 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。
如硅、锗等
多余自 由电子
自由电子数目大大增加，这种半导体主要以自由电子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电为主，故N型 半导体被称为电子半导体。
在N型半导体中，自由电子是多数载流子，而空穴则是少数载流子
半导体基础知识
3、杂质半导体
2. P型半导体 在硅晶体中掺入少量硼。每个硼原子只有三个价
电子，在构成共价键时，缺少一个电子而产生一个 空位(空穴)，当相邻原子中的价电子受激发时，就有 可能填补这个空穴，而在该相邻原子中出现一个空 穴，每个硼原子能提供一个空穴，于是在半导体中 就出现了大量空穴。
＋4
＋4
半导体的导电机理与金属导体导电机理的本质区别： 金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电；而半导体中则是 本征激发下的自由电子和复合运动形成的空穴两种载流子同时参与 导电。
半导体基础知识
3、杂质半导体
1. N型半导体
半导体第2章PN结总结
1. PN 结：由P 型半导体和N 型半导体实现冶金学接触（原子级接触）所形成的结构。
任何两种物质（绝缘体除外）的冶金学接触都称为结（junction ）,W 时也叫做接触（contact ）«2・PN 结是几乎所有半导体器件的基本单元。
除金属一半导体接触器件外，所有结型器件都 由PN 结构成匚3. 按照杂质浓度分布，PN 结分为突变结和线性缓变结.内建电场PFN%空间电荷区4. 空间电荷区：PN 结中，电子由N 区转移至P 区，空穴由P 区转移至N 区。
电子和空穴 的转移分别在N 区和P 区留下了未被补偿的施主藹子和受主离子。
它们是荷电的、固沱不 动的，称为空间电荷。
空间电荷存在的区域称为空间电荷区。
线性缓变结杂质分布XP 区留下N 区留下N ；，形成空间电荷区。
空间电荷 区产生的电场称为内建电场，方向为由N 区指向P 区。
电场的 存在会引起漂移电流，方向为由N 区指向P 区。
扩散电流，P 区—N 区 漂移电流：P 区—N 区达到平衡时，净电流=0。
于是就形成一个稳定的有一定 宽度的空间电荷区。
5. 内建电场：P 区和N 区的空间电荷之间建立了一个电场——空间电荷区电场，也叫内建 电场。
PN 结自建电场：在空间电荷区产生缓变基区自建电场：基区掺杂是不均匀的，产生出一个加速少数载流子运动的电场，电场沿 杂质浓度增加的方向，有助于电子在大部分基区范用内输运。
大注入内建电场：在空穴扩散区（这有利于提髙BJT 的电流增益和频率.速度性能）。
6. 内建电势差：由于内建电场，空间电荷区两侧存在电势差，这个电势差叫做内建电势差7. 费米能级：平衡PN结有统一的费米能级。
空穴扩散：P 区 一 N 区 电子扩散：P 区—N 区扩散电流方向为：P 区一N 区■% 0 ------ 1 ----------•—Z 一 W — ++ ++++ +++$空间电蓟区 中性区!1 1' ;'内雄电场\ ・ 空穴扩飆 甌『扩R 漁II空穴漂移流 电子漂核ft“(gpa)g 自建电场方向i 结空司电荷区处別空穴扩融区內大主入自注电场的形呢（用1%表示九逮掺杂p 型轻掺杂p 裂 本征准费米能级：当pn 结加上外加电压V后，在扩散区和势垒区范I 羽内，电子和空穴没有统 一的费米能级，分别用准费米能级.8. PN 结能带图 热平衡能带图平衡能带图非平衡能带图正偏压：P 正N 负 反偏压：P 负N 正J -P~L轻掺杂N 型重摻杂N 型P n(a)在接触前分开的P 型和N 型硅的能带图耗尽层(E)正偏反偏9.空间电荷区、耗尽区.势垒区・中性区势垒区:N区电子进入P区需要克服势垒g% ,P区空穴进入N区也需要克服势垒g必。
半导体基础PN结与二极管的应用
半导体基础PN结与二极管的应用半导体技术是当代电子领域中最为重要的基础技术之一。
其中，PN 结和二极管作为半导体器件中的重要组成部分，发挥着至关重要的作用。
本文将介绍半导体基础PN结的原理及其在二极管中的应用。
一、半导体基础PN结原理PN结是由n型和p型半导体材料的结合而形成的。
其中，n型半导体与p型半导体的性质有着明显的区别。
1. n型半导体：在n型半导体中，材料中的杂质原子掺入了导电能力较强的杂原子，如磷（P）或砷（As）。
这些杂原子具有多余的电子，因此在外加电场的作用下，这些电子能够自由地移动，形成电流。
2. p型半导体：与n型半导体相反，p型半导体中的杂原子通常是掺入了硼（B）或铝（Al）等元素。
这些杂原子缺少电子，因此在外加电场的作用下，它们会吸引材料中的电子，形成称为“空穴”的空缺。
当n型半导体和p型半导体相互接触时，形成PN结。
由于电子流动的方向与空穴流动的方向相反，PN结会产生一个电场，这个电场阻碍电子和空穴的再次扩散。
由于这个电场，PN结具有单向导电性，即在正向偏置时能够导电，而在反向偏置时则不能导电。
二、二极管基于PN结的特性，可以制造出一种叫做二极管的器件。
二极管是半导体电子学中最简单也是最常用的器件之一。
它由一个PN结构成，具有两个引线（即正极和负极）。
1. 正向偏置二极管：在正向偏置情况下，即将正极连接到p区，负极连接到n区时，PN结处的电场会减小，从而使电子和空穴越过PN 结。
电流可以自由地流动，因此二极管可以导电。
2. 反向偏置二极管：在反向偏置情况下，即将正极连接到n区，负极连接到p区时，PN结处的电场会增大，从而阻碍电子和空穴的扩散。
此时，几乎没有电流通过二极管，因此二极管处于截止状态。
三、二极管的应用二极管由于其独特的特性，在电子领域中有广泛的应用。
1. 整流器：二极管可以用作整流器，即将交流信号转换为直流信号。
通过适当连接多个二极管，可以制造出多级整流电路，用于变压器和电源的设计。
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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，
但很微弱。
+4
+4
+4 自由电子
+4
+4
空穴可看成带正电的 载流子。
4．半导体的载流子随温度升高而___D____，也就是说半导体
的导电性能随温度升高而_______。 A．减小／增强 B．减小／减弱 C．增加／减弱 D．增加／增强
5．半导体的导电能力在不同条件下有很大差别，若___C____
导电能力会减弱
A．掺杂非金属元素 B．增大光照
C．降低环境温度
D．掺杂金属元素
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
14．下列PN结两端的电位值，使PN结导通的是____B___。
A．P端接十5V，N端经电阻接十7V B．N端接十2V，P端经电阻接十7V C．P端接一3V，N端经电阻接十7V D．P端接十1V，N端经电阻接十6V
15．在半导体PN结两端加___B____就可使其导通
1、本征半导体的结构特点
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外 层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
2、本征半导体的晶体结构
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体
称为本征半导体
+4
+4
+4
将硅或锗材料提 纯便形成单晶体 ，它的原子结构
共
价 键
+4
+4
价 电 子
+4
为共价键结构。
当温度 T = 0 K 时，半导 体不导电，如同绝缘体 。
缘体之间，称为半导体， 如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等 。
二、半导体的导电机理
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于 其它物质的特点。例如：
1.掺杂性 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.热敏性和光敏性 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显 变化。
三、 本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）
说明：
1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。
2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。
3. 杂质半导体总体上保持电中性。 4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
图 杂质半导体的的简化表示法
1.2 PN结
四、 杂质半导体
• 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使 半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
杂质半导体有两种
N 型半导体 P 型半导体
1、 N 型半导体(Negative)
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型 半导体)。
课堂巩固练习
1．用于制造半导体器件的半导体材料是___B__2．在纯净半导体中掺入3价元素形成的是_______型半导体
。
A
A．P B．N C．PN D．电子导电
3．半导体的导电能力随温度升高而___D____，金属导体的电
阻率随温度升高而_______。 A．降低／降低 B．降低／升高 C．升高／降低 D．升高／升高
第一章 半导体器件
第一节 半导体基础知识 第二节 PN结及其单向导电性 第三节 半导体二极管 第四节 双极性三极管
1.1 半导体的基础知识
一、半导体概念 导体：自然界中很容易导电的物质称为导 体，
金属一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，
如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层，称为 PN 结。
一、PN 结的形成
P
PN结
N
图 PN 结的形成
PN 结中载流子的运动
1. 扩散运动
P
N
电子和空穴
浓度差形成多数
载流子的扩散运
动。
2. 扩散运动 形成空间电荷区
耗尽层
A．正向电子流 B．正向电压
C．反向电压
D．反向电子流
P
空间电荷区
N
—— PN 结，耗 尽层。
（动画1-3）
3. 空间电荷区产生内电场
空间电荷区正负离子之间电位差 Uho —— 内电场； 内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层。
4. 漂移运动 内电场有利 于少子运动—漂 移。
少子的运动 与多子运动方向 相反
阻挡层
P
空间电荷区
N
内电场 Uho
5. 扩散与漂移的动态平衡
较大的正向电流。
又称正向偏置，简称正偏。
P
耗尽层
什么是PN结的单向
N
导电性？
有什么作用？
I 内电场方向
外电场方向
V
R
图 1.1.6
在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的 正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。
2. PN 结外加反向电压时处于截止状态(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内 电场的作用；
9．在晶体硅、锗中，参于导电的是_D______。
A．离子 B．自由电子 C．空穴 D．B和C
10．在半导体两端加上外电压时，半导体中出现的电流是_D___。
A．自由电子电流 B．空穴电流
C．离子电流
D．A和B
11．关于P型、N型半导体内参与导电的粒子，下列说法正
确的是_____A__。
A．无论是P型还是N型半导体，参与导电的都是自由电 子和空穴
外电场使空间电荷区变宽；
不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩 散电流，电路中产生反向电流 I ；
由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小 。
P
耗尽层
N
IS
内电场方向
外电场方向
V
R
图 1.1.7 PN 结加反向电压时截止
反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，
随着温度升高， IS 将急剧增大。
扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；
随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；
当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等于零 ，空间电荷区的宽度达到稳定。
即扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，形成PN结
。
P
PN结
N
二、 PN 结的单向导电性 空间电荷区变窄，有利
1. PN结 外加正向电压时处于导通于状扩态散运动，电路中有
3、结论
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 (2) (2) 加反向电压（反偏）——电源正极接N区，负极接P
区
PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低 电阻， PN结导通；
PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现 高电阻， PN结截止
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
图 1.1.2 本征半导体中的 自由电子和空穴
（动画1-1）（动画1-2
4、本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子 和空穴。
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高,因此本征半导体的导电 能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部 因素，这是半导体的一大特点。
自由电子浓度远大于空穴的浓度 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。
(本征半导体掺入 5 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 5 个价电 子，其中 4 个与硅构成共价键，多 余一个电子只受自身原子核吸引， 在室温下即可成为自由电子。)
2、 P 型半导体