【正文】 間 電荷區(qū) ， 由于缺 少多子 ， 所以也 稱 耗盡層 。 2 摻雜后 N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度 : n=5 1016/cm3 雜質(zhì)半導(dǎo)體簡(jiǎn)化模型 PN結(jié) PN結(jié)的形成 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? PN結(jié)的電容效應(yīng) PN結(jié)的形成 在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì) ,分別形成 N 型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體 。 P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 。 空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。 因三價(jià)雜質(zhì)原子與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí) ， 缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴 。 N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 。 在 N型半導(dǎo)體中 自由電子是多數(shù)載流子 ,它主要由 雜質(zhì)原子提供 ； 空穴是少數(shù)載流子 , 由熱激發(fā)形成。 (1） N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可形成 N型半導(dǎo)體 ,也稱 電子型半導(dǎo)體 。 摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素 。 只不過空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的 ， 因此 ， 空穴的導(dǎo)電能力不如自由電子 （ 見圖 的動(dòng)畫演示 ） 。 本征激發(fā)和復(fù)合在一定溫度下會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 。 可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的 ， 稱為 電子空穴對(duì) 。 自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為 空穴 。 圖 硅原子空間排列及共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖 (a) 硅晶體的空間排列 (b) 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖 (c) （ 2）電子空穴對(duì) 當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度 0K時(shí) ， 導(dǎo)體中沒有自由電子 。 共價(jià)鍵中的價(jià)電子為這些原子所共有 ， 并為它們所束縛 ， 在空間形成排列有序的晶體 。 (1） 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 硅和鍺是四價(jià)元素 ， 在原子最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子 。 制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到 %， 常稱為 “ 九個(gè) 9”。 典型的半導(dǎo)體有硅 Si和鍺 Ge以及砷化鎵 GaAs等 。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 主講 ：譚海曙 第一講 緒 論 參考書： 1. 《 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 》 （第四版）： 清華大學(xué)童詩(shī)白、華成英主編 2. 《 電子技術(shù)基礎(chǔ) 》 （模擬部分第四版）： 華中理工大學(xué)康華光主編 半導(dǎo)體的基本知識(shí) PN結(jié) 半導(dǎo)體二極管 第一章 晶體二極管 半導(dǎo)體的基本知識(shí) 本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性 雜質(zhì)半導(dǎo)體 半導(dǎo)體的溫度特性 根據(jù)物體導(dǎo)電能力 (電阻率 )的不同 ， 來劃分導(dǎo)體 、 絕緣體和半導(dǎo)體 。 半導(dǎo)體的電阻率為 103～ 109 ??cm。 本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性 本征半導(dǎo)體 —— 化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體 。 它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài) 。 它們分別與周圍的四個(gè)原子的價(jià)電子形成共價(jià)鍵 。 這種結(jié)構(gòu)的立體和平面示意圖見圖 。 當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí) ， 價(jià)電子能量增高 ， 有的價(jià)電子可以 掙脫 原子核的束縛 ，而參與導(dǎo)電 ， 成為 自由電子 。 這一現(xiàn)象稱為 本征激發(fā) ， 也稱 熱激發(fā) 。 游離的部分自由電子也可能回到空穴中去 ， 稱為 復(fù)合 ， 如圖 。 圖 本征激發(fā)和復(fù)合的過程 （ 動(dòng)畫 11） (3) 空穴的移動(dòng) 自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成了電子電流 ， 空穴的定向運(yùn)動(dòng)也可形成空穴電流 ， 它們的方向相反 。 （ 動(dòng)畫 12） 圖 空穴在晶格中的移動(dòng) 雜質(zhì)半導(dǎo)體 (1) N型半導(dǎo)體 (2) P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì) ， 可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化 。 摻入雜質(zhì)后的本征半導(dǎo)體稱為 雜質(zhì)半導(dǎo)體 。 因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子 。 提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因 自由電子 脫離而帶正電荷成為 正離子 ，因此，五價(jià)雜質(zhì)原子也被稱為施主雜質(zhì)。 圖 N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖 (2) P型半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素 ， 如硼 、 鎵 、銦等形成 P型半導(dǎo)體 ， 也稱為 空穴型半導(dǎo)體 。 P型半導(dǎo)體中 空穴是多數(shù)載流子 ， 主要由摻雜形成； 電子是少數(shù)載流子 ， 由熱激發(fā)形成 。三價(jià)雜質(zhì) 因而也稱為 受主雜質(zhì) 。 圖 P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖 圖 P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖 雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響 摻入雜 質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大 的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下 : T=300 K室溫下 ,本征硅的電子和空穴濃度 : n = p = 1010/cm3 1 本征硅的原子濃度 : 1022/cm3 3 以上三個(gè)濃度基本上依次相差 106/cm3 。 此時(shí)將在 N型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程 : 因濃度差 ? 多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) ?由 雜質(zhì)離子 形成空間電荷區(qū) ? 空間電荷區(qū) 形成 內(nèi)電場(chǎng) ? 內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 ? 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散 最后多子 擴(kuò)散 和少子的 漂移 達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡 。 圖 PN結(jié)的形成過程 （ 動(dòng)畫 13） PN 結(jié)形成的 過 程 可參 閱圖 。 P 區(qū)的電位低于 N 區(qū)的電位 ， 稱為加 反向電壓 ， 簡(jiǎn)稱 反偏 。 內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱 ， 擴(kuò)散電流加大 。 PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖 （ 動(dòng)畫 14） 圖 PN結(jié)加正向電壓 時(shí)的導(dǎo)電情況 (2) PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 外加的反向電壓有一部分降落在 PN