電工電子技術(shù)（第3版） 課件 5.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)

半導(dǎo)體及PN結(jié)田玉主講老師：電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體及特性2.認(rèn)識(shí)PN結(jié)及導(dǎo)電特性能力目標(biāo)021.會(huì)分析PN結(jié)的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)

思政目標(biāo)03學(xué)習(xí)華為不畏艱難，勇于自主創(chuàng)新的科技攀登精神學(xué)習(xí)目標(biāo)K知識(shí)引入氮化鎵：雷達(dá)、射頻功放器、飛機(jī)、導(dǎo)彈

鍺：半導(dǎo)體、軍工的關(guān)鍵材料2024年國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)半導(dǎo)體材料技術(shù)助推中國(guó)電子技術(shù)發(fā)展，擺脫“卡脖子”現(xiàn)狀一、半導(dǎo)體（一）半導(dǎo)體概念導(dǎo)體：一般指導(dǎo)電性比較好的金屬，比如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等。半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。絕緣體：一般指導(dǎo)電性差的材料，比如惰性氣體、橡膠、陶瓷等。一、半導(dǎo)體（二）半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料有哪些？常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等，硅是各種半導(dǎo)體材料應(yīng)用中最具有影響力的一種。硅晶體中沒(méi)有明顯的自由電子，具備半導(dǎo)體性質(zhì)；硅在地殼中的含量是除氧外最多的元素，常見(jiàn)化合物有二氧化硅（沙子的主要成分）和硅酸鹽。鍺是一種稀有元素硅晶體鍺晶體

熱敏性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與溫度有關(guān)，利用該特性可做成熱敏器件

光敏性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與光的照射有關(guān)，利用該特性可做成光敏器件

摻雜性：摻如有用的雜質(zhì)可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，利用該特性可做成半導(dǎo)體器件光敏元件一、半導(dǎo)體（三）半導(dǎo)體特點(diǎn)熱敏電阻

本征半導(dǎo)體：經(jīng)過(guò)高度提純工藝，達(dá)到晶格結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱、并具有

共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的單晶體。本征半導(dǎo)體的三維結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵純度為99.9999999堅(jiān)固穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的平面結(jié)構(gòu)價(jià)電子（四）本征半導(dǎo)體一、半導(dǎo)體+4+4+4+4受光照或溫度上升影響，共價(jià)鍵中價(jià)電子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，一些價(jià)電子會(huì)掙脫共價(jià)鍵的束縛游離到空間成為自由電子在游離走的價(jià)電子原位上留下一個(gè)不能移動(dòng)的空位，叫空穴，空穴帶正電。共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少(即載流子)，所以它的導(dǎo)電能力很弱一、半導(dǎo)體（四）本征半導(dǎo)體這種由于熱激發(fā)而在晶體中出現(xiàn)電子空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。9+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引鄰近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方向與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)方向相反，可以認(rèn)為空穴是載流子。一、半導(dǎo)體（四）本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中由于熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。其濃度決定本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。溫度越高，載流子的濃度越高，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)。摻入磷雜質(zhì)的半導(dǎo)體晶格中，自由電子的數(shù)量大大增加。+五價(jià)元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4PN型半導(dǎo)體多數(shù)載流子（多子）——電子少數(shù)載流子（少子）——空穴電子濃度＞＞空穴濃度因電子帶負(fù)電，稱這種半導(dǎo)體為N(negative)型或電子型半導(dǎo)體。++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體正離子多子少子一、半導(dǎo)體（五）雜質(zhì)半導(dǎo)體在本證半導(dǎo)體中摻入少量其他物質(zhì)稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三價(jià)元素硼(B)B+摻入硼雜質(zhì)的半導(dǎo)體晶格中，空穴載流子的數(shù)量大大增加。－P型半導(dǎo)體空穴濃度＞＞電子濃度多數(shù)載流子（多子）——空穴少數(shù)載流子（少子）——電子因空穴帶正電，稱這種半導(dǎo)體為P(Positive)型或空穴型半導(dǎo)體。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體負(fù)離子多子少子一、半導(dǎo)體（五）雜質(zhì)半導(dǎo)體二、PN結(jié)（一）PN結(jié)形成漂移運(yùn)動(dòng)（少字）：進(jìn)入空間電荷區(qū)的空穴在內(nèi)電場(chǎng)作用下向P區(qū)漂移，自由電子向N區(qū)漂移。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（多子）：由于交界面兩邊的載流子濃度有很大差別，載流子就要從濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散。即空穴：PN，自由電子：NP，在交界處產(chǎn)生復(fù)合，形成空間電荷區(qū)，形成內(nèi)電場(chǎng)。動(dòng)態(tài)平衡：空間電荷區(qū)（內(nèi)電場(chǎng)）穩(wěn)定，形成PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)電壓大約硅0.5V鍺0.1V二、PN結(jié)（二）PN結(jié)導(dǎo)電特性01正向?qū)娫凑龢O接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)

外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)→空間電荷區(qū)變窄→多子擴(kuò)散形成正向電流二、PN結(jié)（二）PN結(jié)導(dǎo)電特性02反向截