《半导体的导电特性》PPT课件
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源自–+2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
PN 结变宽
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
5.1.4 PN结的单向导电性
1. PN 结加正向电压（正向偏置）P接正、N接负
PN 结变窄
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
动画
内电场 被削弱，多 子的扩散加
P
IF
内电场 N
外电场
+–
强，形成较 大的扩散电 流。
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电 流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
正向特性
器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有
误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方 法。
5.1 半导体的导电特性
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
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做
成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
电），同时共价键中留下
Si
空穴
Si
价电子
一个空位，称为空穴（带 正这电一）现。象称为本征激发。
温度愈高，晶体 中产生的自由电子便愈多。
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电
子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相
当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
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
(2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导
电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响
很大。
5.1.2 N型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, 形成杂质半导体。 在常温下即可
变为自由电子 掺入五价元素
Si
Si
pS+i
Si
多
掺杂后自由电子数
余 目大量增加，自由电子导
电 电成为这种半导体的主要
子 导电方式，称为电子半导
动画 体或N型半导体。
失去一个 电子变为 正离子
磷原子
在N 型半导体中自由电子 是多数载流子，空穴是少数
载流子。
5.1.2 N型半导体和 P 型半导体
Si
Si
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
动画 掺入三价元素
空穴
掺杂后空穴数目大
量增加，空穴导电成为
对于元器件，重点放在特性、参数、技术指 标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨 论器件的目的在于应用。
学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况， 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近 似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结 果。
对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标， 就不要过分追究精确的数值。
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + 动画 － － － － － － + + + + + +
浓度差 形成空间电荷区
多子的扩散运动
扩散的结果 使空间电荷区变 宽。
扩散和漂 移这一对相反 的运动最终达 到动态平衡， 空间电荷区的 厚度固定不变。
这种半导体的主要导电
方式，称为空穴半导体
或 P型半导体。
在 P 型半导体中空穴是多
数载流子，自由电子是少数
载流子。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
1. 在杂质半导体中多子的数量与a
（a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
2. 在杂质半导体中少子的数量与b
（a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量 c
+++ +++ +++
+++ +++ +++
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。
5.2 半导体二极管
（a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电
流
b
a
主要是
，N 型半导体中的电流主要
是
。
（a. 电子电流、b.空穴电流）
5.1.3 PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动
内电场越强，漂移 运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。
P 型半导体
内电场 N 型半导体
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 注动意态：平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。
(1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能 很差；
阳极引线
阴极引线
( a) 点接触型 外壳
铝合金小球 N型硅
阳极引线
PN结 金锑合金
底座
阳极引线 二氧化硅保护层
N型硅 阴极引线
(c ) 平面型
P 型硅
阳极 D 阴极
阴极引线
( d) 符号
( b) 面接触型
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
5.2.2 伏安特性
特点：非线性
I
反向击穿
电压U(BR)
5.1.1 本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本 征半导体。
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
自由电子 本征价半电导子体在的获导得电一机定理能
量（温度升高或受光照）
后，即可挣脱原子核的束
Si
Si
缚，成为自由电子（带负
5.2.1 基本结构
(a) 点接触型 结面积小、
结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。
(b)面接触型 结面积大、
正向电流大、 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。
(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可
小，用于高频整流和开关电路中。
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片
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半导体物理学课件5 半导体的导电性
第四章 半导体的导电性 载流子输运现象
载流子的漂移运动 迁移率，电导率 载流子的散射 强电场下的效应
4.1载流子的漂移运动 漂移电流密度
• 在外场|E|的作用下，半导体中载流子要逆(顺)电场方向作 定向运动，这种运动称为漂移运动。
F m*pa eE 空穴的速度是否会持续增大？
•定向运动速度称为漂移速度，它大小不一，取其平均值 υd 称
而电离杂质散射几率Pi中的Ni应为ND+NA，因 为此时施主和受主杂质全部电离，分别形成了 正电中心和负电中心及其相应的库仑势场，它 们都对载流子的散射作出了贡献，这一点与杂 质补偿作用是不同的。
2. 晶格振动散射
一定温度下的晶体其格点原子(或离子)在各自平衡 位置附近振动。半导体中格点原子的振动同样要 引起载流子的散射，称为晶格振动散射。
空穴的加速度与外力 如电场力之间的关系 ：
F
m*p
dv dt
eE
设初始漂移速度为0，则对上式积分： v eEt m*p
4.1载流子的漂移运动 迁移率
电场对载流子的作用
令τcp表示两次碰撞 之间的平均时间：
vd
peak
e cp
m*p
E
4.1载流子的漂移运动
空穴迁移率 电子迁移率
p
vdp E
（红线区－电阻：阻碍运输）
对于本征半导体，本征激发 起决定性因素，所以T升高， 电阻下降；
对于杂质半导体，在温度很 低时，本征电离可忽略，T升 高，杂质电离的载流子越来 越多，电阻下降；
进入室温区，杂质已经全部 电离，而本征激发还不重要， T升高，晶格震动散射加剧， 电阻升高；
高温区，本征激发起主要作 用，T升高，本征激发明显， 电阻下降。
载流子的漂移运动 迁移率，电导率 载流子的散射 强电场下的效应
4.1载流子的漂移运动 漂移电流密度
• 在外场|E|的作用下，半导体中载流子要逆(顺)电场方向作 定向运动，这种运动称为漂移运动。
F m*pa eE 空穴的速度是否会持续增大？
•定向运动速度称为漂移速度，它大小不一，取其平均值 υd 称
而电离杂质散射几率Pi中的Ni应为ND+NA，因 为此时施主和受主杂质全部电离，分别形成了 正电中心和负电中心及其相应的库仑势场，它 们都对载流子的散射作出了贡献，这一点与杂 质补偿作用是不同的。
2. 晶格振动散射
一定温度下的晶体其格点原子(或离子)在各自平衡 位置附近振动。半导体中格点原子的振动同样要 引起载流子的散射，称为晶格振动散射。
空穴的加速度与外力 如电场力之间的关系 ：
F
m*p
dv dt
eE
设初始漂移速度为0，则对上式积分： v eEt m*p
4.1载流子的漂移运动 迁移率
电场对载流子的作用
令τcp表示两次碰撞 之间的平均时间：
vd
peak
e cp
m*p
E
4.1载流子的漂移运动
空穴迁移率 电子迁移率
p
vdp E
（红线区－电阻：阻碍运输）
对于本征半导体，本征激发 起决定性因素，所以T升高， 电阻下降；
对于杂质半导体，在温度很 低时，本征电离可忽略，T升 高，杂质电离的载流子越来 越多，电阻下降；
进入室温区，杂质已经全部 电离，而本征激发还不重要， T升高，晶格震动散射加剧， 电阻升高；
高温区，本征激发起主要作 用，T升高，本征激发明显， 电阻下降。
第八讲 半导体的导电性
答案：一百万倍。
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
杂质半导体的电阻率随温度的变化关系
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
第三节 半导体的导电性
半导体材料及其能带 导电机制 PN结 半导体电学性能的测试方法 应用领域
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
3. 半导体PN结
PN结和肖特基结是几乎所有半导体元器件的基础。
n
p
外加正偏压 注入载流子 粒子数反转 载流子复合发光
受主
n型半导体 p型半导体
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
施主杂质
As+45
掺入第V族元素(如磷P, 砷As, 锑Sb)后，某些电子受到很弱的束 缚，只要很少的能量△ED (0.04~0.05eV)就能让它成为自由电子。 这个电离过程称为杂质电离。
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
电子能量
施主能级
禁带宽度对应着红外至可见光波段
应用：通过形成一系列功能器件实现光-电、电-光转 换，应用于太阳能电池、发光二极管等领域。
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
我国目前的半导体工业
多晶硅生产及光伏产业 集成电路（晶圆）制造产业 发光二极管（LED）及半导体照明产业
特点：
➢ 规模大，产业链齐全； ➢ 资本投入大； ➢ 原料和生产线依赖进口，产品以出口为主。源自A exp Eg kT
实验测得的 ln与 1/T 之间的关系为一直线。
由直线的斜率即可算出禁带宽度。
❖对温度十分敏感：随着温度的升高，电导 率呈指数增大，与金属正好相反
❖对禁带宽度十分敏感：禁带越宽，电导率
越低
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
杂质半导体
半导体的性能是由导带中的电子数和价带中的 空穴数决定的
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
杂质半导体的电阻率随温度的变化关系
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
第三节 半导体的导电性
半导体材料及其能带 导电机制 PN结 半导体电学性能的测试方法 应用领域
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
3. 半导体PN结
PN结和肖特基结是几乎所有半导体元器件的基础。
n
p
外加正偏压 注入载流子 粒子数反转 载流子复合发光
受主
n型半导体 p型半导体
中国矿业大学 材料科 学与工程学院
施主杂质
As+45
掺入第V族元素(如磷P, 砷As, 锑Sb)后，某些电子受到很弱的束 缚，只要很少的能量△ED (0.04~0.05eV)就能让它成为自由电子。 这个电离过程称为杂质电离。
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电子能量
施主能级
禁带宽度对应着红外至可见光波段
应用：通过形成一系列功能器件实现光-电、电-光转 换，应用于太阳能电池、发光二极管等领域。
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我国目前的半导体工业
多晶硅生产及光伏产业 集成电路（晶圆）制造产业 发光二极管（LED）及半导体照明产业
特点：
➢ 规模大，产业链齐全； ➢ 资本投入大； ➢ 原料和生产线依赖进口，产品以出口为主。源自A exp Eg kT
实验测得的 ln与 1/T 之间的关系为一直线。
由直线的斜率即可算出禁带宽度。
❖对温度十分敏感：随着温度的升高，电导 率呈指数增大，与金属正好相反
❖对禁带宽度十分敏感：禁带越宽，电导率
越低
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杂质半导体
半导体的性能是由导带中的电子数和价带中的 空穴数决定的
半导体的导电特性课件
动画1-1本征半导体的导电特性
动画1-2空穴的运动
3 杂质半导体：
N型半导体（电子型半导体）
——在本征半导体中掺入五价杂质元素， 例如磷，可形成 N型半导体,也称电子 型半导体。
因五价杂质原子中四 个价电子与周围四个 半导体原子中的价电 子形成共价键，多余 的一个价电子因无共 价键束缚而很容易形 成自由电子。
vi
RL vo
vo
t
例3：设二极管的导通电压忽略，已知
vi=10sinwt(V)，E=5V，画vo的波形。
vi 10v
5v
R
t
D
vo
vi
E
vo
5v
t
例4：电路如下图，已知v=10sin(t)(V)，
E=5V，试画出vo的波形
vi
解：
t
vD
t
例5：VA=3V, VB=0V，求VF (二极管的导 通电压忽略)
PN结区的少子在内电场的
作用下形成的漂移电流大
于扩散电流，可忽略扩散 电流，由于漂移电流是少子
外电场
形成的电流，故反向电流
非常小，PN结呈现高阻性。
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。
•P型半导体中空穴数>>自由电子数
•自由电子为 P型半导体的少数载流子，空穴为 P型半 导体的多数载流子
P型半导体简化图
Si
B
Si
Si
Si
Si
4 杂质对半导体导电性的影响
掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。
一些典型的数据如下:
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
第四章半导体的导电性91页PPT
3
4.1.1 半导体导电的微观机理
不满带：对被电子部分填充的能 带情况，电子对称地占据能量较 低的状态，如下图(a)所示，没有 外电场作用时不呈现出电流。
当存在如下图(b)所示电场时， 电子在能带中的分布发生变化， 从而呈现出电流。
（a）E＝0
（b）E≠0
4
4.1.1 半导体导电的微观机理
理想的半导体：无限大的、既没有杂质和缺陷也没有晶格振动和 电子间的相互碰撞。
理想的半导体的电阻为零：
当能带只是部分填充时，在外电场作用下，所有电子波矢以相 同速率变化：
qEx
dkx dt
从而使电子在布里渊区的分布不再对称，因而产生电流。
5
4.1.1 半导体导电的微观机理 当外电场除去后，因为： dk x 0
dt
电子在布里渊区的非对称分布不再变化，从而电流将保持下去。 也就是说，在外电场为零的情况下，电流仍不等于零。意味着 电导率应为无穷大，电阻率应为零。
a. 中性杂质散射：在温度很低时，未电离的杂质(中性杂质)的数目 比电离杂质的数目大得多，这种中性杂质也对周期性势场有一定 的微扰作用而引起散射．但它只在重掺杂半导体中，当温度很低， 晶格振动散射和电离杂质散射都很微弱的情况下，才起主要的散 射作用．
b. 位错散射：位错线上的不饱和键具有受主中心作用，俘获电子后 成为一串负电中心,其周围将有电离施主杂质的积累，从而形成 一个局部电场，这个电场成为载流子散射的附加电场。
过时间 t 后又遭到散射，在0~t时间内作加速运动，第二次散射前的速
度为：
x＝x0
q mn
平均自由时间的关系
而这个电子获得的漂移速度为：
q
m
n
4.1.1 半导体导电的微观机理
不满带：对被电子部分填充的能 带情况，电子对称地占据能量较 低的状态，如下图(a)所示，没有 外电场作用时不呈现出电流。
当存在如下图(b)所示电场时， 电子在能带中的分布发生变化， 从而呈现出电流。
（a）E＝0
（b）E≠0
4
4.1.1 半导体导电的微观机理
理想的半导体：无限大的、既没有杂质和缺陷也没有晶格振动和 电子间的相互碰撞。
理想的半导体的电阻为零：
当能带只是部分填充时，在外电场作用下，所有电子波矢以相 同速率变化：
qEx
dkx dt
从而使电子在布里渊区的分布不再对称，因而产生电流。
5
4.1.1 半导体导电的微观机理 当外电场除去后，因为： dk x 0
dt
电子在布里渊区的非对称分布不再变化，从而电流将保持下去。 也就是说，在外电场为零的情况下，电流仍不等于零。意味着 电导率应为无穷大，电阻率应为零。
a. 中性杂质散射：在温度很低时，未电离的杂质(中性杂质)的数目 比电离杂质的数目大得多，这种中性杂质也对周期性势场有一定 的微扰作用而引起散射．但它只在重掺杂半导体中，当温度很低， 晶格振动散射和电离杂质散射都很微弱的情况下，才起主要的散 射作用．
b. 位错散射：位错线上的不饱和键具有受主中心作用，俘获电子后 成为一串负电中心,其周围将有电离施主杂质的积累，从而形成 一个局部电场，这个电场成为载流子散射的附加电场。
过时间 t 后又遭到散射，在0~t时间内作加速运动，第二次散射前的速
度为：
x＝x0
q mn
平均自由时间的关系
而这个电子获得的漂移速度为：
q
m
n
半导体的导电特性
半导体的导电特性
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(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
1、本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。
共价键中的两个电子，称为价电子。
本征半导体的导电机理价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。
这一现象称为本征激发。
温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
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：(1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差；(2) 温度
愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。
所以，温度对半导体器件性能影响很大。
半导体材料的基本特性 ppt课件
PPT课件
22
芯片可靠性
芯片可靠性致力于趋于芯片寿命的功能的能力，通过严格 的诸如无颗粒空气净化间的使用以及控制化学试剂的纯度 来控制玷污
PPT课件
23
降低芯片价格
由于特征尺寸的减小使得硅片上集成的晶体管增多降低了 成本。 半导体产品市场大幅度增长引入了制造的规模经济
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24
微电子技术发展展望
PPT课件
19
提高芯片的性能
关键尺寸 芯片上的最小物理尺寸 芯片上器件尺寸的相应缩小是按比例进行的，仅减小一个 尺寸是不可接受的。
PPT课件
20
每块芯片上的元件数 减小一块芯片的关键尺寸使得可 以在硅片上制造更多的元件 ，由于芯片数增加性能也得 到提高。
摩尔定律
PPT课件
21
功耗 真空管耗费很大功率，而半导体器件确实耗用很 小的功率，随着器件的微型化，功耗相应减小，尽管晶体 管数以惊人的速度增为什么有如此的发展速度
第一：集成电路业属于非资源耗尽型的环保类产业，原始材 料是地壳中的二氧化硅。
第二：集成电路的设计与制造技术中高新技术含量和技术赋 加值极高 ，产出效益好。
第三：集成电路的设计与制造业是充满技术驱动的效益驱动 的高活性产业
PPT课件
18
半导体的趋势
★ 提高芯片性能 ★ 提高芯片的可靠性 ★ 降低芯片的成本
★衬底必须是纯净的 ★单晶硅片 ★晶体的基本形态
单晶 多晶 非晶 ★综合指标要求 导电类型 N型或P型
PPT课件
30
集成电路的制造步骤
★硅片制造 ★硅片制备 ★硅片测试/拣选 ★装配与封装 ★终测
PPT课件
31
★硅片制备 在这一阶段，将硅从沙中提炼并纯化，经过特 殊工艺生产适当直径的硅锭，然后将硅锭切割。
半导体的导电性ppt课件
太阳能电池板工作原理
太阳能电池板利用光电效应将太阳能转换为电能。当太阳光照射到电池板表面时 ，光子穿过减反射膜进入电池板内部，被PN结吸收并产生电流。随后，电流经 过金属电极流出电池板，供外部负载使用。
传感器中利用半导体性质实现功能介绍
温度传感器
利用半导体的温度敏感性质，可以制作出温度传感器。当温度变化时，半导体的电阻率或电压输出会发生变化， 从而实现对温度的测量。
三极管在集成电路中主要起到放大、开关等作用。通过控制三极管的基极电流 ，可以实现对集电极电流的控制，从而实现信号的放大和开关功能。
太阳能电池板中PN结应用探讨
PN结作用
在太阳能电池板中，PN结是实现光电转换的关键部分。当太阳光照射到PN结上 时，光子将能量传递给电子，使电子从价带跃迁到导带，从而产生电流。
迁移率
载流子在半导体中的迁移能力，影响半导体的导电性能。
温度对半导体性能影响
温度对载流子浓度影响
温度对电阻率影响
随着温度升高，半导体中载流子浓度 增加，导电性能提高。
半导体电阻率随温度变化而变化，表 现出明显的热敏特性。
温度对迁移率影响
随着温度升高，载流子迁移率降低， 导致半导体导电性能下降。
P型半导体和N型半
实验步骤和注意事项说明
01
注意事项
02
03
04
1. 电源电压应逐渐增加，避 免电流过大损坏半导体器件。
2. 在测量过程中要保持电路 的稳定性，避免外界干扰对实
验结果的影响。
3. 实验结束后要及时关闭电 源，拆除实验电路。
数据处理方法和结果分析讨论
01
02
数据处理方法：根据实 验记录的数据，绘制二 极管的伏安特性曲线和 三极管的放大倍数曲线 。通过曲线拟合等方法 ，可以得到半导体器件 的相关参数。
太阳能电池板利用光电效应将太阳能转换为电能。当太阳光照射到电池板表面时 ，光子穿过减反射膜进入电池板内部，被PN结吸收并产生电流。随后，电流经 过金属电极流出电池板，供外部负载使用。
传感器中利用半导体性质实现功能介绍
温度传感器
利用半导体的温度敏感性质，可以制作出温度传感器。当温度变化时，半导体的电阻率或电压输出会发生变化， 从而实现对温度的测量。
三极管在集成电路中主要起到放大、开关等作用。通过控制三极管的基极电流 ，可以实现对集电极电流的控制，从而实现信号的放大和开关功能。
太阳能电池板中PN结应用探讨
PN结作用
在太阳能电池板中，PN结是实现光电转换的关键部分。当太阳光照射到PN结上 时，光子将能量传递给电子，使电子从价带跃迁到导带，从而产生电流。
迁移率
载流子在半导体中的迁移能力，影响半导体的导电性能。
温度对半导体性能影响
温度对载流子浓度影响
温度对电阻率影响
随着温度升高，半导体中载流子浓度 增加，导电性能提高。
半导体电阻率随温度变化而变化，表 现出明显的热敏特性。
温度对迁移率影响
随着温度升高，载流子迁移率降低， 导致半导体导电性能下降。
P型半导体和N型半
实验步骤和注意事项说明
01
注意事项
02
03
04
1. 电源电压应逐渐增加，避 免电流过大损坏半导体器件。
2. 在测量过程中要保持电路 的稳定性，避免外界干扰对实
验结果的影响。
3. 实验结束后要及时关闭电 源，拆除实验电路。
数据处理方法和结果分析讨论
01
02
数据处理方法：根据实 验记录的数据，绘制二 极管的伏安特性曲线和 三极管的放大倍数曲线 。通过曲线拟合等方法 ，可以得到半导体器件 的相关参数。
半导体的导电特性
器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误 差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。
5.1 半导体的导电特性
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
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做
成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
有少子形成的
反向电流ICBO。
ICBO ICE
N
基区空穴
B
向发射区的
P
扩散可忽略。
RB IBE
N
进入P 区的电 子少部分与基区
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
EB
E IE
的空穴复合，形
成电流IBE ，多
数扩散到集电结。
从基区扩散来的 电子作为集电结 的少子，漂移进 入集电结而被收
集，形成ICE。
EC
发射结正偏， 发射区电子不断 向基区扩散，形
( b) 面接触型
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
5.2.2 伏安特性
特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
正向特性
P+ – N
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V
动画
内电场被 削弱，多子 的扩散加强，
P IF
内电场 N
外电场
+–
形成较大的 扩散电流。
5.1 半导体的导电特性
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
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做
成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
有少子形成的
反向电流ICBO。
ICBO ICE
N
基区空穴
B
向发射区的
P
扩散可忽略。
RB IBE
N
进入P 区的电 子少部分与基区
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
EB
E IE
的空穴复合，形
成电流IBE ，多
数扩散到集电结。
从基区扩散来的 电子作为集电结 的少子，漂移进 入集电结而被收
集，形成ICE。
EC
发射结正偏， 发射区电子不断 向基区扩散，形
( b) 面接触型
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
5.2.2 伏安特性
特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
正向特性
P+ – N
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V
动画
内电场被 削弱，多子 的扩散加强，
P IF
内电场 N
外电场
+–
形成较大的 扩散电流。
半导体的导电性PPT课件
而实际半导体中的载流子的运动情况：
在实际晶体中存在破坏周期性势场 得作用因素：
一、载流子散射的概念: 1. 散射：载流子与其它粒子发生弹性或非弹性 碰撞，碰撞后载流子的速度的大小和方向发 生了改变。
2. 平均自由程和平均自由时间： 在连续两次散射间自由运动的路程称为自由路程 ，所用的时间称为自由时间；多次散射的平均路 程叫做平均自由程，平均时间称为平均自由时间 。 3. 散射几率P： 单位时间一个电子受到散射的次数。用来描述散 射强弱
于俘获电子，位错线周围形成了一个圆柱
形带正电空间电荷区，正电荷是电离了的
施主杂质，在圆柱形内形成电场，对载流
子有附加势场，受到散射。
４.合金散射 AlxGa1-xAs中，AlAs占据一套面心立方，
GaAs占据一套面心立方，但Al、Ga两种不同原
子在Ⅲ族位置上的排列是随机的，对周期性势 场产生一定的微扰作用，因而引起对载流子的 散射作用，称为合金散射。 合金散射是混合晶体特有的散射机制。在原 子有序排列的混合合金中，几乎不存在合金散
2
电子或空穴被晶格散射，就是电子和声子的 碰撞，且在这个相互作用的过程中遵守能量 守恒和准动量守恒定律。
分析得到：导带电子受长纵声学波的
散射几率
PS T
3 2
离子晶体中光学波对载流子的散射概率P0与温 度的关系
P0 e 1
hv kT
1
Ｔ，光学波的散射几率增大
三.其它因素引起的散射 1.等同的能谷间的散射 硅的导带具有六个极值能量相等的旋转椭球等 能面，载流子在这些能谷中分布相同，这些能 谷称为等同的能谷。 电子可以从一个极值附近散射到另一个极值附 近，这种散射称为能谷散射。 电子在一个能 谷内部散射 与长声学波散射：弹性散射 与长光学波散射：非弹性散射