模电--二极管及其基本电路

硅和锗的晶 体3D结构：
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3.1 半导体基本知识
3.1.2 半导体的共价键结构
+4表示 除去价电 子后的原
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
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3.1 半导体基本知识
3.1.2 半导体的共价键结构
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。
共价键有很强的结合力，使 原子规则排列，形成晶体。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也 称为“空穴半导体”。
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3.1 半导体基本知识
3.1.4 杂质半导体
1. N 型半导体 在硅或锗晶体中，掺入少量五价元素磷或锑，晶
体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的 最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原 子形成共价键，必多出一个电子，该电子几乎不受 束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子 就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出 一个电子，称为施主原子。
+4
+4
+4
+4
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，故本征半导 体的导电能力很弱。
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3.1 半导体基本知识
3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用
1. 载流子、自由电子和空穴 在绝对0 度（T = 0K）和没有外界激发时,价电子
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3.1 半导体基本知识
3.1.4 杂质半导体
3. 杂质半导体的示意表示法
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由 于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为 多子与杂质浓度相等。
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3.1 半导体基本知识
3.1.4 杂质半导体
2. P 型半导体 A.由受主原子提供空穴，
浓度与受主原子相同 B.本征半导体中成对产
生的电子和空穴。
硼原子
空穴
+4
+4
+3
+4
掺杂浓度>>本征半导体中载流子浓度，故空穴浓 度>>自由电子浓度。空穴称多数载流子（多子）， 自由电子称少数载流子（少子）。
温度越高，载流子浓度越高，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 要外部因素，这是半导体的一大特点。
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3.1 半导体基本知识
3.1.4 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量杂质，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。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体， 也称为“电子半导体”。
1. 载流子、自由电子和空穴
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子
束缚电子
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3.1 半导体基本知识
3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用
2. 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。
在其它力的作用下，
空穴吸引附近的电子来 填补，这样的结果相当
+4
+4
于空穴的迁移，而空穴
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3.1 半导体基本知识
3.1.4 杂质半导体
1. N 型半导体
A.由施主原子提供电子，
+4
浓度与施主原子相同
B.本征半导体中成对产
生的电子和空穴。
+5
磷原子
多余电子
+4 +4
掺杂浓度>>本征半导体中载流子浓度，故自由电 子浓度>>空穴浓度。自由电子称多数载流子（多 子），空穴称少数载流子（少子）。
3.1 半导体基本知识
3.1.1 半导体材料
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：
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。
• 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。
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3.1.2 半导体的共价键结构
Guilin University of Electronic Technology
电子技术基础 A（模拟部分）
3：二极管电路
3.1 半导体基本知识 3.2 PN结形成及特性 3.3 半导体二极管特性 3.4 二极管电路分析方法 3.5 特殊二极管
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3.1 半导体基本知识
3.1.1. 半导体材料 3.1.2. 半导体的共价键结构 3.1.3. 本征半导体、空穴及其导电作用 3.1.4. 杂质半导体
现代电子学中，用得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
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
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3.1 半导体基本知识
3.1.2 半导体的共价键结构
硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵， 每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位 于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成 共价键，共用一对价电子。
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。
常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的 能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共 价键上留下一个空位，称为空穴。
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3.1 半导体基本知识
3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用
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3.1 半导体基本知识
3.1.1 半导体材料
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。
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的迁移相当于正电荷的 移动，因此可以认为空
+4
+4
穴是载流子。
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3.1 半导体基本知识
3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用
2. 本征半导体的导电机理 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。
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3.1 半导体基本知识
3.1.4 杂质半导体
2. P 型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量三价元素，如硼或铟，
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子 的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成 共价键时，产生一个空穴。该空穴可能吸引束缚电 子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离 子。由于硼原子接受电子，故称受主原子。