半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識與N結(jié)

第一章半導(dǎo)體器件第一節(jié)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識第二節(jié)PN結(jié)及其單向?qū)щ娦缘谌?jié)半導(dǎo)體二極管第四節(jié)雙極性三極管1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

一、半導(dǎo)體概念導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕 緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。二、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：1.摻雜性往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。2.熱敏性和光敏性當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。三、本征半導(dǎo)體（純凈和具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）1、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。GeSi+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體

將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結(jié)構(gòu)為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。價(jià)電子共價(jià)鍵圖1.1.1本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖2、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)溫度T=0

K時(shí)，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖1.1.2本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴自由電子空穴若T

，將有少數(shù)價(jià)電子克服共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位——空穴。T

自由電子和空穴使本征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，但很微弱?？昭煽闯蓭д姷妮d流子。3、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子（動(dòng)畫1-1）（動(dòng)畫1-2）4、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：

1.自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。2.空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。溫度越高，載流子的濃度越高,因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。四、雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。

雜質(zhì)半導(dǎo)體有兩種N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體1、N型半導(dǎo)體(Negative)在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價(jià)雜質(zhì)元素，如磷、銻、砷等，即構(gòu)成N型半導(dǎo)體(或稱電子型半導(dǎo)體)。自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度電子稱為多數(shù)載流子(簡稱多子)，空穴稱為少數(shù)載流子(簡稱少子)。(本征半導(dǎo)體摻入5價(jià)元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，其中4個(gè)與硅構(gòu)成共價(jià)鍵，多余一個(gè)電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。)2、P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等，即構(gòu)成P型半導(dǎo)體(或稱空穴型半導(dǎo)體）。空穴濃度多于自由電子濃度空穴為多數(shù)載流子(簡稱多子），電子為少數(shù)載流子(簡稱少子)。+3(本征半導(dǎo)體摻入3價(jià)元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有3個(gè)價(jià)電子，3與硅構(gòu)成共價(jià)鍵，多余一個(gè)空穴。)說明：：1.摻摻入入雜質(zhì)質(zhì)的濃濃度決決定多多數(shù)載載流子子濃度度；溫溫度決決定少少數(shù)載載流子子的濃濃度。。3.雜雜質(zhì)質(zhì)半導(dǎo)導(dǎo)體總總體上上保持持電中性性。4.雜雜質(zhì)質(zhì)半導(dǎo)導(dǎo)體的的表示示方法法如下下圖所所示。。2.雜質(zhì)半半導(dǎo)體體載流子子的數(shù)數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于于本征征半導(dǎo)導(dǎo)體，，因而而其導(dǎo)導(dǎo)電能能力大大大改改善。。(a)N型型半導(dǎo)導(dǎo)體(b)P型型半導(dǎo)導(dǎo)體圖雜雜質(zhì)質(zhì)半導(dǎo)導(dǎo)體的的的簡簡化表表示法法在一塊塊半導(dǎo)導(dǎo)體單單晶上上一側(cè)側(cè)摻雜雜成為為P型型半導(dǎo)導(dǎo)體，，另一一側(cè)摻摻雜成成為N型型半半導(dǎo)體體，兩兩個(gè)區(qū)區(qū)域的的交界界處就就形成成了一一個(gè)特特殊的的薄層層，稱為PN結(jié)結(jié)。PNPN結(jié)圖PN結(jié)結(jié)的形形成一、PN結(jié)結(jié)的的形成成1.2PN結(jié)結(jié)PN結(jié)結(jié)中中載流流子的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)耗盡層層空間電荷區(qū)PN1.擴(kuò)擴(kuò)散散運(yùn)動(dòng)動(dòng)2.擴(kuò)擴(kuò)散散運(yùn)動(dòng)動(dòng)形成成空間間電荷荷區(qū)電子和和空穴穴濃度度差形形成多數(shù)載載流子子的擴(kuò)擴(kuò)散運(yùn)運(yùn)動(dòng)。?！狿N結(jié)結(jié)，耗耗盡層層。PN（動(dòng)畫1-3）3.空空間間電荷荷區(qū)產(chǎn)產(chǎn)生內(nèi)內(nèi)電場場PN空間電荷區(qū)內(nèi)電場Uho空間電電荷區(qū)區(qū)正負(fù)負(fù)離子子之間間電位位差Uho——內(nèi)電場場；內(nèi)內(nèi)電場場阻止止多子子的擴(kuò)擴(kuò)散——阻擋層層。4.漂漂移移運(yùn)動(dòng)動(dòng)內(nèi)電場場有利利于少少子運(yùn)運(yùn)動(dòng)——漂移。。少子的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)與多多子運(yùn)運(yùn)動(dòng)方方向相相反阻擋層5.擴(kuò)擴(kuò)散散與漂漂移的的動(dòng)態(tài)態(tài)平衡衡擴(kuò)散運(yùn)運(yùn)動(dòng)使使空間間電荷荷區(qū)增增大，，擴(kuò)散散電流流逐漸漸減小?。浑S著內(nèi)內(nèi)電場場的增增強(qiáng)，，漂移移運(yùn)動(dòng)動(dòng)逐漸漸增加加；當(dāng)擴(kuò)散散電流流與漂漂移電電流相相等時(shí)時(shí)，PN結(jié)結(jié)總總的電電流等等于零零，空空間電電荷區(qū)區(qū)的寬寬度達(dá)達(dá)到穩(wěn)穩(wěn)定。。即擴(kuò)散運(yùn)運(yùn)動(dòng)與與漂移移運(yùn)動(dòng)動(dòng)達(dá)到到動(dòng)態(tài)態(tài)平衡衡時(shí)，，形成成PN結(jié)。。PNPN結(jié)二、PN結(jié)結(jié)的單單向?qū)?dǎo)電性性1.PN結(jié)結(jié)外加正正向電電壓時(shí)時(shí)處于于導(dǎo)通通狀態(tài)態(tài)又稱正正向偏偏置，，簡稱稱正偏偏。外電場方向內(nèi)電場方向耗盡層VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，電路中有較大的正向電流。圖1.1.6PN什么是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?？有什么作用？在PN結(jié)結(jié)加加上一一個(gè)很很小的的正向向電壓壓，即即可得得到較較大的的正向向電流流，為為防止止電流流過大大，可可接入入電阻阻R。2.PN結(jié)結(jié)外加反反向電電壓時(shí)時(shí)處于于截止止?fàn)顟B(tài)態(tài)(反偏)反向接接法時(shí)時(shí)，外外電場場與內(nèi)內(nèi)電場場的方方向一一致，，增強(qiáng)強(qiáng)了內(nèi)內(nèi)電場場的作作用；；外電場場使空空間電電荷區(qū)區(qū)變寬寬；不利于于擴(kuò)散散運(yùn)動(dòng)動(dòng)，有有利于于漂移移運(yùn)動(dòng)動(dòng)，漂漂移電電流大大于擴(kuò)擴(kuò)散電電流，，電路路中產(chǎn)產(chǎn)生反反向電電流I；由于少數(shù)載載流子濃度度很低，反反向電流數(shù)數(shù)值非常小小。耗盡層圖1.1.7PN結(jié)加加反向電壓壓時(shí)截止反向電流又又稱反向飽和電電流。對溫度十分分敏感，隨著溫度升升高，IS將急劇增大大。PN外電場方向內(nèi)電場方向VRIS3、結(jié)論加正向電壓壓（正偏））——電源源正極接P區(qū)，負(fù)極極接N區(qū)(2)加加反向電電壓（反偏偏）——電電源正極接接N區(qū)，負(fù)負(fù)極接P區(qū)區(qū)PN結(jié)加正正向電壓時(shí)時(shí)，具有較較大的正向向擴(kuò)散電流流，呈現(xiàn)低低電阻，PN結(jié)導(dǎo)導(dǎo)通；PN結(jié)加反反向電壓時(shí)時(shí)，具有很很小的反向向漂移電流流，呈現(xiàn)高高電阻，PN結(jié)截截止由此可以得得出結(jié)論：：PN結(jié)具具有單向?qū)?dǎo)電性。3．半導(dǎo)體體的導(dǎo)電能能力隨溫度度升高而_______，金金屬導(dǎo)體的的電阻率隨隨溫度升高高而_______。A．降低／／降低B．．降低／升升高C．升高／／降低D．．升高／升升高1．用于制制造半導(dǎo)體體器件的半半導(dǎo)體材料料是_____。A．磷B．硅C．銦D．．鍺B、D2．在純凈凈半導(dǎo)體中中摻入3價(jià)價(jià)元素形成成的是_______型半導(dǎo)導(dǎo)體。A．PB．．NC．PND．電電子導(dǎo)電AD4．半導(dǎo)體體的載流子子隨溫度升升高而_______，也就就是說半導(dǎo)導(dǎo)體的導(dǎo)電電性能隨溫溫度升高而而_______。。A．減?。鰪?qiáng)B．減減?。瘻p弱弱C．增加／／減弱D．．增加／增增強(qiáng)D課堂鞏固練練習(xí)7．P型半半導(dǎo)體中的的多數(shù)載流流子是_______。A．電子B．空穴C．電荷D．電流5．半導(dǎo)體體的導(dǎo)電能能力在不同同條件下有有很大差別別，若_______導(dǎo)電能能力會(huì)減弱弱A．摻雜非非金屬元素素B．增大大光照C．降低環(huán)環(huán)境溫度D．摻摻雜金屬元元素C6．在PN結(jié)的兩端端通過一塊塊電流表短短接，回路路中無其它它電源，當(dāng)當(dāng)用光照射射該半導(dǎo)體體時(shí)，電流流表的讀數(shù)數(shù)是_______。A．增大B．．減小C．為為零D．視光光照強(qiáng)度而而定B8．N型半半導(dǎo)體中的的多數(shù)載流流子是_______。A．自由電電子B．空空穴C．電電荷D．電電流AC9．在晶體體硅、鍺中中，參于導(dǎo)導(dǎo)電的是_______。A．離子B．自由電電子C．空空穴D．B和CD10．在半半導(dǎo)體兩端端加上外電電壓時(shí)，半半導(dǎo)體中出出現(xiàn)的電流流是____。A．自由電電子電流B．空穴電電流C．離子電電流D．A和BD11．關(guān)于于P型、N型半導(dǎo)體體內(nèi)參與導(dǎo)導(dǎo)電的粒子子，下列說說法正確的的是_______。A．無論是是P型還是是N型半導(dǎo)導(dǎo)體，參與與導(dǎo)電的都都是自由電電子和空穴穴B．P型半半導(dǎo)體中只只有空穴導(dǎo)導(dǎo)電C．N型半半導(dǎo)體中只只有自由電電子參與導(dǎo)導(dǎo)電D．在半導(dǎo)導(dǎo)體中有自自由電子、、空穴、離離子參與導(dǎo)導(dǎo)電A12．N型型半導(dǎo)體中中，主要靠靠_______導(dǎo)導(dǎo)電，_______是少數(shù)數(shù)載流子。。A．空穴／／空穴B．．空穴／自自由電子C．自由電電子／空穴穴D．自由由電子／自自由電子C13．P型型半導(dǎo)體中中，主要靠靠_______導(dǎo)導(dǎo)電，_______是少數(shù)數(shù)載流子A．空穴／／空穴B．．空穴／自自由電子C．自由電電子／空穴穴D．自由由電子／自自由電子B14．下列列PN結(jié)兩兩端的電位位值，使PN結(jié)導(dǎo)通通的是_______。A．P端接接十5V，，N端經(jīng)電電阻接十7VB．N端接接十2V，，P端經(jīng)電電阻接十7VC．P端接接一3V，，N端經(jīng)電電阻接十7VD．P端接接十1V，，N端經(jīng)電電阻接十6VB15．在半半導(dǎo)體PN結(jié)兩端加加_______就就可使其導(dǎo)導(dǎo)通A．正向電電子流B．．正向電壓壓C．反向電電壓D．反向電電子流B9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Wednesday,December21,202210、雨中黃葉葉樹，燈下下白頭人。。。03:12:2903:12:2903:1212/21/20223:12:29AM11、以我獨(dú)沈久久，愧君相見見頻。。12月-2203:12:2903:12Dec-2221-Dec-2212、故人江海別別，幾度隔山山川。。03:12:2903:12:2903:12Wednesday,December21,202213、乍見見翻疑疑夢，，相悲悲各問問年。。。12月月-2212月月-2203:12:2903:12:29December21,202214、他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生白白發(fā)，，舊國國見青青山。。。21十十二二月20223:12:29上上午03:12:2912月月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月223:12上上午午12月月-2203:12December21,202216、行行動(dòng)動(dòng)出出成成果果，，工工作作出出財(cái)財(cái)富富。。。。2022/12/213:12:2903:12:2921December202217、做做前前，，能能夠夠環(huán)環(huán)視視四四周周；；做做時(shí)時(shí)，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿著著以以腳腳為為起起點(diǎn)點(diǎn)的的射射線線向向前前。。。。3:12:29上上午午3:12上上午午03:12:2912月月-229、沒有失敗，，只有暫時(shí)停停止成功！。。12月-2212月-22Wednesday,December21,202210、很多事情努努力了未必有有結(jié)果，但是是不努力卻什什么改變也沒沒有。。03:12:2903:12:2903:1212/21/20223:12:29AM11、成功功就是是日復(fù)復(fù)一日日那一一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小小努力力的積積累。。。12月月-2203:12:2903:12Dec-2221-Dec-2212、世間間成事事，不不求其其絕對對圓滿滿，留留一份份不足足，可可得無無限完完美。。。03:12:2903:12:2903:12Wednesday,December21,202213、不不知知香香積積寺寺，，數(shù)數(shù)里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2203:12:2903:12:29December21,202214、意意志志堅(jiān)堅(jiān)強(qiáng)強(qiáng)的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥塊塊一一樣樣任任意意揉揉捏捏。。21十十二二月月20223:12:29上上午午03:12:2912月月-2215、楚塞三湘接接，荊門九派派通。。。十二月223:12上上午12月-2203:12December21,202216、少年十五五二十時(shí)，，步行奪得得胡馬騎。。。2022/12/213:12:2903:12:2921December202217、空山新雨雨后，天氣氣晚來秋。。。3:12:29上上午3:12上上午03:12:2912月-229、楊柳散和和風(fēng)，青山山澹吾慮。。。12月-2212月-22Wednesday,December21,202210、閱閱讀讀一一切切好好書書如如同同和和過過去去最最杰杰出出的的人人談?wù)勗捲?。?3:12:2903:12:2903:1212/21/20223:12:29AM11、越越是是沒沒有有本本領(lǐng)領(lǐng)的的就就越越加加自自命命不不凡凡。。12月月-2203:12:2903:12Dec-2221-Dec-2212、越是無無能的人人，越喜喜歡挑剔剔別人的的錯(cuò)兒。。03:12:2903:12:2903:12Wednesday,December21