1.1 半导体的导电特性okk
半导体基本知识一、本征半导体和导电特性
(2) 截止区
IB = 0 时, IC = ICEO(很小)。(ICEO<0.001mA)
IC/mA 4
3 2.3 2 1.5 1
O3
100 µA 80µA 60 µA
截止时, 两结都处于反 向偏置,此时 IC 0, UCE UCC 。
40 µA
20 µA
IB =0
6
9 12UCE/V
截止区
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• 二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、 隔离、 开关、元件保护等。
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五、稳压二极管 I
_+
UZ
使用时要加限流电阻
O
U
稳压管正常工作 时加反向电压
IZ
IZ
UZ
IZM
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主要参数
1 稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。
O
IB f (U ) BE UCE常数
UCE≥1V
正常工作时发射结电压： NPN型硅管
UBE 0.6 ~ 0.7V PNP型锗管
UBE 0.2 ~ 0.3V
0.4 0.8 UBE/V
死区电压： 硅管0.5V， 锗管0.1V。
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2.输出特性 IC f (UCE ) IB 常数
• 管子工作状态的判断 • P20 习题1-9
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1.4 光电器件
1.4. 1 发光二极管(LED) 当发光二极管加上正向电压并有足够大的正向电
流时，就能发出一定波长范围的光。 目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，
半导体的导电性
第四章半导体的导电性本章重点1.迁移率2.载流子的散射3.电导率4.迁移率和电阻率与杂质浓度和温度的关系§ 4.1 载流子的漂移运动迁移率4.1.1 欧姆定律S E S E S l l E R V I σρρ====/为电导率，单位：西门子/米, 西门子/厘米ρσ1=mm c ⋅Ω⋅Ω，的单位电阻率ρ欧姆定律的微分形式EJ σ=4.1.2 漂移速度和迁移率载流子在电场力作用下作定向运动叫漂移运动，平均漂移速度。
dv −(2)d J nq v −=−E v d ×1sAO 电子浓度为n 的导体，电子漂移运动形成电流1d I nq v s−=−××−−==dv nq J E J 又增大电流密度随电场增加而，σ/(3)d d v Ev E μμ−−==Enq J μ=)4(μσnq =为电子迁移率，表示单位电场下电子的平均漂移速度。
描述载流子在电场中漂移运动的难易程度。
单位：（m 2/V.s 或cm 2/V.s ）μ漂移电流示意图电场方向4.1.3 半导体的电导率和迁移率复杂性：电子和空穴两种载流子，且其浓度随温度、掺杂而变化。
空穴漂移方向电子电流空穴电流电子漂移方向电子& 空穴的电流方向均与电场方向相同半导体中电流EE pq nq J J J p n p n σμμ=+=+=)(半导体中电导率与载流子浓度和迁移率的关系：pn pq nq μμσ+=导带中电子自由运动形成电流，大。
n μ价带空穴导电，实际共价键上的电子在价键间运动形成电流，小。
p μn nq σμ=对N 型半导体n>>pppq σμ=对P 型半导体p>>n 对本征半导体p ＝n ＝n i()i n p n q σμμ=+电子迁移率大于空穴迁移率，高速开关器件主要依靠电子导电。
电导率主要取决于多子§ 4.2 载流子的散射J E σ=，电场一定，电流密度恒定应不断增加，，载流子受电场力加速J v nq J d −−=矛盾的两方面：原因所在：载流子与晶格原子或电离杂质等发生碰撞而交换能量，从而改变载流子速度的大小和方向4.2.1 载流子散射与漂移运动1、载流子的散射——改变速度的方向和大小处在外电场中的载流子运动：散射+漂移运动。
半导体的特性
半导体的特性
半导体主要有以下特性。
1、半导体：导电能力随着掺入杂质、输入电压（电流）、温度和光照条件的不同而发生很大变化,人们把这一类物质称为半导体。
2、载流子：半导体中存在的两种携带电荷参与导电的“粒子”。
自由电子：带负电荷。
空穴:带正电荷。
特性:在外电场的作用下,两种载流子都可以做定向移动,形成电流。
3、电子技术的核心是半导体半导体之所以得到广泛的应用，是因为人们发现半导体有一下的三个特性。
(1)掺杂性:在纯净的半导体中掺入及其微量的杂质元素,则它的导电能力将大大增强。
(2)热敏性:温度升高,将使半导体的导电能力打发增强。
（3)光敏性：对半导体施加光线照射时，光照越强，导电能力越强。
3.P型半导体和N型半导体(重点)N型半导体:主要靠电子导电的半导体。
即:电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
P型半导体:主要靠空穴导电的半导体。
即:空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
PN结:经过特殊的工艺加工,将P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起,则在两种半导体的交界面就会出现一
个特殊的接触面，称为PN 结。
1.1半导体基础知识
P、N两区杂质浓度相等——对称结 P、N两区杂质浓度不相等——不对称结 高掺杂浓度区域 用N+表示
离子密 度小
P
_ _ _ _ _ _
空间电荷 层较厚
+ + + + + +
N+
离子密 度大
空间电荷 层较薄
导电。
半导体－－导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。
大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si)和锗(Ge)。
半导体的几个重要特性： （1） 热敏特性
（2）光敏特性 （3）掺杂特性 半导体导电性能是由其原子结构决定的。
最常用的半导体材料
硅
锗
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。
二、 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，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。 正向偏置——PN结外加正向电压（P＋，N－）
杂质半导体有两种 N (Negative)型半导体 P (Positive)型半导体
一、 N 型半导体
掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体
掺入少量五价杂质元素磷 +4 +4 +4
P
+4
+4
+4
+4
+4
+4
第八讲 半导体的导电性
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杂质半导体的电阻率随温度的变化关系
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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
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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
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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
第4章半导体的导电性-zhaowr-2019 98页PPT
波长远大于原胞的波为长波， 分别称长声学波和长光学波。
声学波和光学波的振动示意图 （a)声学支（b)光学支
（和o代表两种不同的原子）
21
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4.2.2 载流子的散射
根据玻耳兹曼理论，温度为T时，频率为a 的格波平均
能量为：
E(12nq)ha
nq＝expha1k0T1 为平均声子数。
同理，空穴对电流的贡献：
J
p p qva
同时考虑电子和空穴的贡献时，总电流密度为：
Jnvqdpvqa
10
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4.2 载流子的漂移运动、迁移率及散射机构
11
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4.2.1 漂移运动 迁移率与电导率
半导体中的载流子在电场作用下不断加速的同时，又不 断地受到散射作用而改变其运动的方向或运动的速度， 运动的总效果使其保持一定的定向运动速度，载流子的 这种运动称漂移运动，这个速度称为平均漂移速度．
漂移速度大小，单位为m2/ V·s或cm2/ V·s ．
13
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4.2.1 漂移运动 迁移率与电导率
迁移率是半导体材料的重要参数，它表示电子或空穴在 外电场作用下作漂移运动的难易程度。
μn 和μp哪个大？
μn >μp
电子是脱离共价键成为准自由运动的电子，而空穴实 际上是共价键上的电子在价键间的运动产生的效果， 电子在价键间移动的速度小于准自由的电子的运动速 度。
a
整个晶体中所有电子运动的总和．
1、从能带的角度理解半导体导电性：
满带:在外加电场的作用下，电子从第 一布里渊区边界的一边流进,另一边流 出。但由于电子的状态是波矢的周期 函数,波函数在第一布里渊区边界两边 的状态等价，总体上不呈现电流。
半导体器件物理PPT课件
11
练习 假使面心结构的原子是刚性的小球，且面中心原子与 面顶点四个角落的原子紧密接触，试算出这些原子占此面 心立方单胞的空间比率。
解
12
例1-2 硅（Si）在300K时的晶格常数为5.43Å。请计算出每立方厘米体 积中硅原子数及常温下的硅原子密度。（硅的摩尔质量为 28.09g/mol）
解
13
29
●允带
允许电子存在的一系列准 连续的能量状态
● 禁带
禁止电子存在的一系列能 量状态
● 满带
被电子填充满的一系列准 连续的能量状态 满带不导电
● 空带
没有电子填充的一系列准 连续的能量状态 空带也不导电
图1-5 金刚石结构价电子能带图（绝对零度）
30
●导带
有电子能够参与导电的能带， 但半导体材料价电子形成的高 能级能带通常称为导带。
电子不仅可以围绕自身原子核旋转，而且可以转到另一个原子周围，即 同一个电子可以被多个原子共有，电子不再完全局限在某一个原子上， 可以由一个原子转到相邻原子，将可以在整个晶体中运动。
27
共有化运动
由于晶体中原子的周期性 排列而使电子不再为单个 原子所有的现象，称为电 子共有化。
在晶体中，不但外层价电 子的轨道有交叠，内层电 子的轨道也可能有交叠， 它们都会形成共有化运动；
杂质来源
一）制备半导体的原材料纯度不够高； 二）半导体单晶制备过程中及器件制造过程中的沾污； 三）为了半导体的性质而人为地掺入某种化学元素的原子。
40
金刚石结构的特点
原子只占晶胞体积的34%，还有66%是空隙， 这些空隙通常称为间隙位置。
杂质的填充方式
一）杂质原子位于晶格 间隙式杂质 原子间的间隙位置， 间隙式杂质/填充；
半导体的基本知识PN结及其单向导电性
+4
+4
+4
价电子填
补空穴而
使空穴移
动，形成
+4
+4
+4
空穴电流
+4 空穴的+移4 动 +4
自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动 也可形成空穴电流，它们的方向相反。只不过空穴的运
动是17靠相邻共价键中的价电子依次上第充1页章填空穴第下1来次页课实现的第返1。7回页
现代电子技术基础
半导体导电机理动画演示
33
上第1页章
第下1次页课
第返33回页
现代电子技术基础
(3)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:
1 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3
2 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
3 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3
杂质元素形成的。 b. P型半导体产生大量的空穴和负离子。
c. 空穴是多数载流子,电子是少数载流子。
d. 因空穴带正电，称这种半导体为P(positive)型或 空穴型半导体。
32
上第1页章
第下1次页课
第返32回页
现代电子技术基础
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； 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。
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
电子课件电子技术基础第六版第一章半导体二极管
当反向电压增加到反向击穿电压 UBR 时，反向电流会急 剧增大，这种现象称为“反向击穿”。反向击穿会破坏二极管 的单向导电性，如果没有限流措施，二极管很可能因电流过 大而损坏。
无论硅管还是锗管，即使工作在最大允许电流下，二极管 两端的电压降一般也都在 0.7 V 以下，这是由二极管的特殊 结构所决定的。所以，在使用二极管时，电路中应该串联限 流电阻，以免因电流过大而损坏二极管。
§1-1 半导体的基本知识 §1-2 半导体二极管
§1-1 半导体的基本知识
学习目标
1. 了解半导体的导电特性。 2. 理解 PN 结正偏、反偏的含义。 3. 掌握 PN 结的单向导电性。
一、半导体的导电特性
物质按导电能力强弱不同可分为导体、半导体和绝缘体三 大类。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。目前，制 造半导体器件用得最多的是硅和锗两种材料。由于硅和锗是 原子规则排列的单晶体，因此用半导体材料制成的半导体管 属于晶体管。
半导体具有不同于导体和绝缘体的导电特性，见表。
半导体的导电特性
纯净的半导体称为本征半导体，它的导电能力是很弱的。 利用半导体的掺杂特性，可制成 P 型和 N 型两种杂质半导体 。
二、PN 结及其单向导电性
1. PN 结 用特殊的工艺使 P 型半导体和 N 型半导体结合在一起，就会在交界处 形成一个特殊薄层，该薄层称为“PN 结”，如图所示。PN 结是制造半导体 二极管、半导体三极管、场效应晶体 管等各种半导体器件的基础。
2. 分类
二极管的种类
二、二极管的伏安特性
为了直观地说明二极管的性质，通常用二极管两端的电压 与通过二极管的电流之间的关系曲线，即二极管的伏安特性 曲线来描述，如图所示。
在下图所示的坐标图中，位于第一象限的曲线表示二极管 的正向特性，位于第三象限的曲线表示二极管的反向特性。