1、第二章 半导体二极管及其基本电路,2.1 半导体的基本知识,2.2 PN结的形成及特性,2.3 半导体二极管,2.4 二极管基本电路及其分析方法,2.5 特殊二极管,2.1 半导体的基本知识,自然界的物体根据其导电能力(电阻率)的不同，可划分为导体、绝缘体和半导体。,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，如硅、锗、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,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
2、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。,2.1 半导体的基本知识,本征半导体：完全纯净的(纯度高达99.9999999%以上)、结构完整的半导体晶体。,一、本征半导体,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。,共价键结构,共价键共 用电子对,+4表示除去价电子后的原子,硅和锗晶体模型,1.本征半导体的结构特点,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，所以本征半导体的导电能力很弱。,共价键有很强的结合力，使
3、原子规则排列，形成晶体。,1.本征半导体的结构特点,2.本征半导体的导电机理,在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,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。,常温下或当外界给半导体施加能量时，一些共价键中的电子会脱离共价键的束缚成为自由电子，而在原来的位置上产生一个空穴(hole)。这种现象称为本征激发。,自由电子,空穴,束缚电子,2.本征半导体的导电机理,2.本征半导体的导电机理,在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。,电子带负电，
4、空穴带正电，半导体有自由电子和空穴两种载流子。,两种载流子演示,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。,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,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。,2.本征半导体的导电机理,电子空穴对产生：由热激发而产生的自由电子和空穴是成对出现的。复合：在运动中的自由电子如果“跳进”空穴，重新被共价键束缚起来，电子和空穴成对消失，这个过程称为复合,本征半导体电子浓度 ni 和空穴浓度 pi 相等，且随温度的增高而增大。,2.本征半导体的导电
5、机理,二、杂质半导体,杂质半导体：在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素 ，如磷、砷等，就会构成 N 型半导体。 P型半导体：在硅或锗的晶体中掺入少量的三价杂质元素，如硼、镓、铟等，就会构成 P 型半导体。,1. N型半导体,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。,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。,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
6、共价键束缚而很容易形成自由电子。,多余 电子,磷原子,2. 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。,因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。,空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。,空穴,硼原子,3.杂质半导体的示意表示法,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。,三、两种导电机理漂移和扩散,漂移与漂移电流在外加电场的作用下，载流子产生的定向运动称为漂移运动。由它产生的电流称为漂移电流。, ,V,扩散与扩散电流载流子浓度分布的不均匀引起的定向运动称为扩散运动。相应产生的电流称为扩散电流。,小结,1. 半导体是依靠自由电子和空穴两种载流子导电的。,2. 掺入不同杂质，形成N型和P型两种杂质半导体。N型半导体：多子是自由电子，少子是空穴；P型半导体：多子是空穴，少子是自由电子。,3. 半导体有两种导电方式：电场作用下产生的漂移电流；非平衡载流子浓度差作用下产生的扩散电流。,小结,本征半导体（导电率低） 杂质半导体（导电率高），N型和P型 PN结（单向导电性）。,
