第10章 常用半导体器件

常用半导体器件

电工与电子技术基础

华南理工大学电子与信息学院 第10章 常用半导体器件

第三部分 模拟电子电路

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第三部分第10章 常用半导体器件第11章 基本放大电路 第12章 集成运算放大电路

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第10章 常用半导体器件10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 半导体的导电特性 半导体二极管 半导体稳压管 半导体三极管 其他半导体器件简介

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第10章 常用半导体器件

10.1 半导体的导电特性10.1.1 半导体的导电特点自然界中的物质按其导电的能力分为三种: 导体: 很容易导电的物质。金属一般都是导体。 绝缘体:几乎不导电的物质。如橡皮、塑料和石英。 半导体:导电能力处于导体和绝缘体之间的物质。 如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 返回

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半导体的导电特点: 1. 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明 显增强。

2. 往纯净的半导体中掺入某些微量杂质，它的导 电能力就可增加几十万至几百万倍。

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10.1.2 本征半导体晶体: 通过一定的工艺处理，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。硅和锗的最外 层有4个价电子,称 为四价元素。

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共价键:在硅和锗晶体中，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，每个原子与其相邻的 原子之间形成共价键结构，共用一对价电子。 共价键(共用电子对)

两相邻原子的价电子组成一个电子对，它们将 两个相邻原子结合在一起，组成共价键结构。 返回

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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。共价键中的两个价电子被紧紧束缚在共价键中， 常温下这些价电子很难脱离共价键的束缚，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。

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第10章 常用半导体器件 空穴

自由电子与空穴： 当环境温度升高时， 使一些价电子获得价电子 自由电子

足 够的能量脱离共价键的束缚，成为

在其它力的作用下，空穴吸引邻 自由电子，同时 近的价电子来填补，这样的结果 相当于空穴在运动，而空穴的运 共价键上留下一 动相当于正电荷的移动，因此可 个空位，称为空穴。以认为空穴是载流子。 返回

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小结 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。 返回

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10.1.3 N型半导体和P型半导体在本征半导体中掺入某些微量的元素，就会 使半导体的导电性能有显著变化。 1.N型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量

的五价元素磷，晶体点阵中的某些硅原子被磷原子取代，磷

原子的最外层有五个价电子，其中四个价电子与相邻的硅原 子的价电子组成共价键。 返回

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多出的一个电子几乎不受磷原子的束缚，很 容易被激发而成为自由电子，这样半导体中的自 由电子数量大大增加，参与导电的载流子主要是 自由电子。 多余电子磷原子就成了不能移动 的带正电的离子。

磷原子

N型半导体参与导电的是自由电子(多子)。 返回

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2.P型半导体 在硅或锗晶体中掺入少 量的三价硼元素，晶体点阵 中的硅或锗原子被硼取代， 硼原子的最外层有三个价 电子，与相邻的硅或锗原 子的价电子组成共价键时， 产生一个空穴。

硼原子

这个空穴要吸引价电子来填补，使得硼原子成 为不能移动的带负电的离子。P型半导体参与导电的是空穴(多子)。 返回

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小 结 1.半导体中的多数载流子是由掺杂产生的，少数 载流子是由热激发产生的。由于数量的关系， 起导电作用的主要是多数载流子。 2.N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。

3.P型半导体中空穴是多子，电子是少子。返回

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10.1.4 PN结1. PN 结的形成 在同一片半导体的基片上，分别制造P型半导 体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的 交界面处就形成了PN结。 硼离子 磷离子 P PN结 N + 多子 少子 扩散运动 + + + + + + + + 多子 少子 返回

+ +

+

空间电荷区

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PN结处载流子的运动

不能移动的 正负离子 P

漂移运动 内电场

N+ + + + + +

+ + +

+

+ +

空间电荷区

扩散运动

返回

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第10章 常用半导体器件 内电场越强，就使 漂移运动越强，而 漂移使空间电荷区 变薄。

内电场对少子起驱动作用。

P+ + +扩散的结果使空间 电荷区逐渐加宽。

N+ + + + + + +

+ +

内电场对多

子 起阻碍作用。 返回

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所以，扩散和漂移这一对相反的运动最终 达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运 动，空间电荷区的厚度就固定不变。

P+ + + +

N+ + + + + +

+ +

空间电荷区返回

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2.PN结的单向导电性

PN结在不加电压时，多子和少子的运动 达到动态平衡，所 以，PN结对外呈中 性。 (1)PN结外加正向电压(正向偏置) 返回

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(1)PN结外加正向电压(正向偏置) PN结导通

P

变薄- - + + + + + + + + 内电场 外电场

N

+

- - - - - -

-

I

+

R返回

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PN 结截止 外电场对多子的扩散运动起阻碍作用

P-

变

厚

N

- - - -

+ + +

+ + + + 内电场

-

- - -

+

+

I≈ 0 +

外电场

R返回

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