半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

14.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性14.2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?4.3二極管14.4穩(wěn)壓二極管14.5雙極性晶體管14.6光電器件目錄14.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介乎于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體特性：熱敏特性、光敏特性、摻雜特性。半導(dǎo)體——

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間最常用的半導(dǎo)體材料物體根據(jù)其導(dǎo)電能力（電阻率）分半導(dǎo)體絕緣體導(dǎo)體鍺硅半導(dǎo)體的概念：+14284Si硅原子結(jié)構(gòu)示意圖+322818Ge鍺原子結(jié)構(gòu)示意圖4原子結(jié)構(gòu)示意圖+4硅、鍺原子的簡化模型平面結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)+4+4+4+4+4+4+4+4+41.本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體就是完全純凈的半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵價(jià)電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半導(dǎo)體受熱或光照本征激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴自由電子空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4電子空穴成對(duì)產(chǎn)生+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4電子空穴復(fù)合，成對(duì)消失電子和空穴產(chǎn)生過程動(dòng)畫演示

本征激發(fā)使空穴和自由電子成對(duì)產(chǎn)生。相遇復(fù)合時(shí)，又成對(duì)消失。

小結(jié)空穴濃度（np)=電子濃度(nn)溫度T一定時(shí)np×nn=K(T)K(T)——與溫度有關(guān)的常數(shù)在外電場作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U電子運(yùn)動(dòng)形成電子電流+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U價(jià)電子填補(bǔ)空穴而使空穴移動(dòng)，形成空穴電流半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理動(dòng)畫演示(1)在半導(dǎo)體中有兩種載流子這就是半導(dǎo)體和金屬導(dǎo)電原理的本質(zhì)區(qū)別a.電阻率大(2)本征半導(dǎo)體的特點(diǎn)b.導(dǎo)電性能隨溫度變化大小結(jié)帶正電的空穴帶負(fù)電的自由電子本征半導(dǎo)體不能在半導(dǎo)體器件中直接使用2．摻雜半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量的其它適當(dāng)元素后所形成的半導(dǎo)體根據(jù)摻雜的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型導(dǎo)體P型導(dǎo)體(1)N型半導(dǎo)體

摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷、砷）的雜質(zhì)半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4摻入少量五價(jià)雜質(zhì)元素磷P+4+4+4+4+4+4+4+4+4P多出一個(gè)電子出現(xiàn)了一個(gè)正離子+4+4+4+4+4+4+4+4P++++++++++++++++++++++++++++++++++++半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的自由電子和正離子N型半導(dǎo)體形成過程動(dòng)畫演示c.電子是多數(shù)載流子，簡稱多子;空穴是少數(shù)載流子，簡稱少子。e.因電子帶負(fù)電，稱這種半導(dǎo)體為N(negative)型或

電子型半導(dǎo)體。f.

因摻入的雜質(zhì)給出電子，又稱之為施主雜質(zhì)。b.N型半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的(自由）電子和正離子。小結(jié)d.np×nn=K(T)a.N型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量五價(jià)雜質(zhì)元素形成的。(2)

P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼等。B+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4B出現(xiàn)了一個(gè)空位+4+4+4+4+4+4B+4+4+4+4+4+4+4+4B+4+4負(fù)離子空穴------------------------------------半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的空穴和負(fù)離子P型半導(dǎo)體的形成過程動(dòng)畫演示c.

空穴是多數(shù)載流子,電子是少數(shù)載流子。e.

因空穴帶正電，稱這種半導(dǎo)體為P(positive)型或空穴型半導(dǎo)體。f.因摻入的雜質(zhì)接受電子，故稱之為受主雜質(zhì)。a.

P型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量的三價(jià)雜質(zhì)元素形成的。b.

P型半導(dǎo)體產(chǎn)生大量的空穴和負(fù)離子。小結(jié)d.np×nn=K(T)當(dāng)摻入三價(jià)元素的密度大于五價(jià)元素的密度時(shí)，可將N型轉(zhuǎn)為P型；雜質(zhì)半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)型當(dāng)摻入五價(jià)元素的密度大于三價(jià)元素的密度時(shí)，可將P型轉(zhuǎn)為N型。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++N++++++++++++++++++++++++++++++++++++以N型半導(dǎo)體為基片通過半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝3.PN結(jié)的形成使半導(dǎo)體的一邊形成N型區(qū)，另一邊形成P型區(qū)。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------(1)在濃度差的作用下，電子從N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------(2)在濃度差的作用下，空穴從P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------在濃度差的作用下，兩邊多子互相擴(kuò)散。在P區(qū)和N區(qū)交界面上，留下了一層不能移動(dòng)的正、負(fù)離子。小結(jié)N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------即PN結(jié)空間電荷層N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------形成內(nèi)電場內(nèi)電場方向N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------PN結(jié)一方面阻礙多子的擴(kuò)散N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------另一方面加速少子的漂移N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------勢(shì)壘U0形成電位勢(shì)壘N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時(shí)a.流過PN結(jié)的凈電流為零b.PN結(jié)的厚度一定（約幾個(gè)微米）c.接觸電位一定（約零點(diǎn)幾伏）N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------PN結(jié)形成過程動(dòng)畫演示14.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?．PN結(jié)正向偏置

PN結(jié)正向偏置——當(dāng)外加直流電壓使PN結(jié)P型半導(dǎo)體的一端的電位高于N型半導(dǎo)體一端的電位時(shí)，稱PN結(jié)正向偏置，簡稱正偏。PN結(jié)反向偏置——當(dāng)外加直流電壓使PN結(jié)N型半導(dǎo)體的一端的電位高于P型半導(dǎo)體一端的電位時(shí)，稱PN結(jié)反向偏置，簡稱反偏。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++EPN結(jié)正向偏置內(nèi)電場被削弱PN結(jié)變窄PN結(jié)呈現(xiàn)低阻、導(dǎo)通狀態(tài)多子進(jìn)行擴(kuò)散------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++EPN結(jié)正偏動(dòng)畫演示內(nèi)電場增強(qiáng)PN結(jié)變寬PN結(jié)呈現(xiàn)高阻、截止?fàn)顟B(tài)不利多子擴(kuò)散有利少子漂移2．PN結(jié)反向偏置

------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E此電流稱為反向飽和電流，記為IS。因少子濃度主要與溫度有關(guān)，反向電流與反向電壓幾乎無關(guān)。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++EPN結(jié)反偏動(dòng)畫演示14.3

半導(dǎo)體二極管

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型平面型點(diǎn)接觸型引線觸絲外殼N型鍺片N型硅陽極引線PN結(jié)陰極引線金銻合金底座鋁合金小球半導(dǎo)體二極管的外型和符號(hào)正極負(fù)極符號(hào)外型負(fù)極正極半導(dǎo)體二極管的類型(1)按使用的半導(dǎo)體材料不同分為(2)按結(jié)構(gòu)形式不同分為硅管鍺管點(diǎn)接觸型平面型3半導(dǎo)體二極管的伏安特性硅管00.8反向特性正向特性擊穿特性00.8反向特性鍺管正向特性u(píng)DiD(1)

近似呈現(xiàn)為指數(shù)曲線，即(2)

有死區(qū)（iD≈0的區(qū)域)1．正向特性死區(qū)電壓約為硅管0.5V鍺管0.1VOiD正向特性擊穿電壓死區(qū)電壓U(BR)反向特性u(píng)D(3)導(dǎo)通后（即uD大于死區(qū)電壓后）管壓降uD

約為硅管0.6~0.8V鍺管0.2~0.3V通常近似取uD

硅管0.7V鍺管0.2VOiD正向特性擊穿電壓死區(qū)電壓U(BR)反向特性u(píng)D即uD略有升高，

iD急劇增大。2．反向特性

IS=硅管小于0.1微安鍺管幾十到幾百微安OiD正向特性擊穿電壓死區(qū)電壓U(BR)反向特性u(píng)D(1)當(dāng)時(shí)，。(2)

當(dāng)時(shí)，反向電流急劇增大，擊穿的類型根據(jù)擊穿可逆性分為電擊穿熱擊穿二極管發(fā)生反向擊穿。OiD正向特性擊穿電壓死區(qū)電壓U(BR)反向特性u(píng)D降低反向電壓，二極管仍能正常工作。PN結(jié)被燒壞，造成二極管永久性的損壞。二極管發(fā)生反向擊穿后，如果a.功耗PD(=|UDID|)不大b.PN結(jié)的溫度小于允許的最高結(jié)溫硅管150∽200oC鍺管75∽100o