【正文】 。 ?由于三價元素在半導體晶體中能接收電子，故稱之為 受主雜質(zhì) 。如圖 。根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同可分為空穴 (P)型半導體和電子 (N)型半導體。如圖 。 2022/2/15 第 2 章 14 4. 空穴與自由電子的導電機理 ?自由電子導電：在電場作用下的定向運動。 2022/2/15 第 2 章 12 2022/2/15 第 2 章 13 3. 空穴－電子對 ?當束縛電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子之后，就在原來的地方留下了一個空位，這個空位叫做 空穴 ，這個空穴和自由電子是同時產(chǎn)生的，稱之為“ 空穴－電子對 ”。 ?本征半導體的導電性能受外界條件 (溫度、摻雜等 )的影響，會發(fā)生很大的變化。 2022/2/15 第 2 章 9 2022/2/15 第 2 章 10 本征半導體、空穴及其導電作用 ? 1. 本征半導體 ?本征半導體是指一種非常純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導體晶體。其二維晶格結(jié)構(gòu)圖。 ?目前最常用的半導體材料是：硅和鍺 2022/2/15 第 2 章 6 半導體的共價鍵結(jié)構(gòu) ?硅 (原子序數(shù)是 14)和鍺 (原子序數(shù)是 32)是最常用的半導體材料，它們都是四價元素，其最外層原子軌道上具有四個價電子，可用其簡化模型來描述 (如 P27圖 )。 2022/2/15 第 2 章 5 ?1. 元素半導體：硅 (Si)，鍺 (Ge)等。m)和絕緣體 (電阻率 ρ108Ω 2022/2/15 第 2 章 3 ?本章首先簡要地介紹半導體的基本知識，接著討論半導體器件的核心環(huán)節(jié) —— PN結(jié)，并重點地討論半導體二極管的物理結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線和主要參數(shù)以及二極管基本電路及其分析方法與應用；在此基礎(chǔ)上，對齊納二極管、變?nèi)荻O管和光電子器件的特性與應用也給予了簡要的介紹。2022/2/15 第 2 章 1 2 半導體二極管及其 基本電路 半導體的基本知識 2022/2/15 第 2 章 2 引 言 ?半導體器件是現(xiàn)代電子技術(shù)的重要組成部分，由于它具有體積小、重量輕、使用壽命長、輸入功率小和功率轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點而得到廣泛的應用。 ?集成電路特別是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路不斷更新?lián)Q代，致使電子設備在微型化、可靠性和電子系統(tǒng)設計的靈活性等方面有了重大的進步，因而電子技術(shù)成為當代高新技術(shù)的龍頭。 2022/2/15 第 2 章 4 半導體材料 ?半導體： ?導電性能介于導體 (電阻率 ρ106Ωm)之間的物質(zhì)，稱為半導體。 ?2. 化合物半導體：砷化鎵 (GaAs) ?：硼 (B),磷 (P),銦 (In)和銻 (Sb)等。 2022/2/15 第 2 章 7 2022/2/15 第 2 章 8 ?原子呈電中性。如 (P27)圖 。 ?純凈的半導體其導電性是很差的。 2022/2/15 第 2 章 11 2. 本征激發(fā) ?在室溫下，某些價電子會從外界獲得足夠的隨機熱振動能量而掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子 (如圖 )，這種現(xiàn)象稱為 本征激發(fā) 。電子帶負電，空穴帶正電，二者帶電量大小相等(q = 1019C )。 ?空穴導電：電子的接力運動。 2022/2/15 第 2 章 15 2022/2/15 第 2 章 16 雜質(zhì)半導體 ?雜質(zhì)半導體：在本征半導體中摻入微量雜質(zhì)而獲得的半導體，稱為雜質(zhì)半導體。 2022/2/15 第 2 章 17 1. P型半導體 ?在本征半導體硅 (或鍺 )中摻入少量的三價元素 (如硼或銦 )而獲得的雜質(zhì)半導體，稱為空穴型半導體，簡稱為 P型半導體。 2022/2/15 第 2 章 18 2022/2/15 第 2 章 19 ?其中，每一個三價元素提供一個空穴，當它從外界獲得一個電子后及帶負電，成為不能移動的負離子，而丟失電子的半導體元素帶正電，半導體此時仍呈電中性。 2022/2/15 第 2 章 20 ?P型半導體中 空穴數(shù)目遠遠大于自由電子數(shù)目，所以， 空穴 稱為 多數(shù)載流子 ，簡稱 多子 ； 自由電子 稱為少數(shù)載流子，簡稱 少子 。如圖 。 ?由于五價元素在半導體晶體中能提供電子，故稱之為 施主雜質(zhì) 。 2022/2/15 第 2 章 25 2． 2 PN結(jié)的形成及其特性 ? 1. PN結(jié)的形成 ?如果在一塊本征半導體的兩邊，摻入不同的雜質(zhì)，使一邊成為 P型半導體，另一邊成為 N型半導體，則在兩種不同類型半導體的交接面處就會形成一個特殊的電荷區(qū)，這個電荷區(qū)稱之為 PN結(jié) (PNJ)。 2022/2/15 第 2 章 26 (1). 多子的擴散 (觀看課件 ) ?由于 P、 N兩區(qū)多數(shù)載流子的濃度不同而向?qū)Ψ絽^(qū)域擴散，且很快被對方區(qū)域的多子復合而消失，其結(jié)果，在交界面兩側(cè)出現(xiàn)了不能移動的帶電離子組成的區(qū)域 空間電荷區(qū) (如圖 )，空間電荷區(qū)又稱為 耗盡層 (無載流子區(qū) )。 ? 由于內(nèi)建電場 ε０ 的出現(xiàn)，少子將在內(nèi)建電場的作用下發(fā)生漂移運動。 (3). 動態(tài)平衡 ? 擴散運動與漂移運動不斷的進行著，當二者運動強度相等時， PNJ便達到了動態(tài)平衡 。V 0接觸電位差，一般為零點幾伏。 2022/2/15 第 2 章 32 ?由 圖 (c)可以看出，電子要從 N區(qū)到達 P區(qū)，必須越過一個能量高坡，一般稱為勢壘，因此，空間電荷區(qū)又稱為 勢壘區(qū) 。 2022/2/15 第 2 章 35 2022/2/15 第 2 章 36 ? PNJ正偏 時，在 PNJ內(nèi)部將產(chǎn)生一個與ε０ 方向相反的外加電場 εF。 ? 即： PNJ正偏時導電 。 ? 此時外加電場 εR與內(nèi)建電場 ε０ 方向相同，二者的共同作用使漂移運動 擴散運動，PNJ變得更寬 。在一定范圍內(nèi)， IR 不遂外加電壓的變化而變化，此時， IR 就是反向飽和電流，用 IS 表示。 2022/2/15 第 2 章 40 ? 當溫度升高時，本征激發(fā)增強， IR 增加。 2022/2/15 第 2 章 41 (3). PNJ V－ I特性的表達式 ?① 表達式 ?以硅材料為例，當在硅材料 PNJ兩端施加正、反電壓時，通過 PNJ的電流如 圖 。 (k= 10－ 23J/K、T=300K、 q = 10－ 19 C). 2022/2/15 第 2 章 44 ② 式 () 的解釋： a. PNJ正偏時， vD為正值，當 vD比 V T 大幾倍時，式中的 遠大于 1，式中的 1可以忽略。 TD Vve /2022/2/15 第 2 章 45 ?b. PNJ反偏時， vD為負值，若 比V T 大幾倍時，指數(shù)項趨近于零，即式中的 1遠大于 ( )，式中的 可以忽略。 DvTD Vve /TD Vve /2022/2/15 第 2 章 46 3. PNJ的擊穿 ?當加到 PNJ兩端的反向電壓增大到一定值時，反向電流劇增的現(xiàn)象，稱為 PNJ的反向擊穿 (如 圖 )。 2022/2/15 第 2 章 47 2022/2/15 第 2 章 48 (1). 雪崩擊穿 ?