第1章 半导体材料及二极管 1.1.ppt

第一章 半导体材料及二极管 概述 半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的物体 半导体材料：Si和Ge PN结二极管 形成过程 伏安特性 应用电路 几种特殊的二极管 1.1 半导体材料及其特性 半导体材料： Ⅳ族元素硅（Si）、锗（Ge） III-V族元素的化合物砷化嫁（GaAs）等。 ☆导电性能会随温度、光照或掺入某些杂质而发生显著变化。 本征半导体 杂质半导体 1.1.1 本征半导体 本征半导体－纯净的具有晶体结构的半导体。 晶格－在本征Si和Ge的单晶中，原子在空间形成排列整齐的空间点阵。 共价键结构 本征激发 本征半导体中的两种载流子 本征浓度 1.共价键结构 共价键 图1.1 单晶Si和Ge的共价键结构示意图 2.本征激发 自由电子 空穴 原子因失去一个价电子而带正电，这个带正电的“空位”叫空穴。 本征激发 半导体在外界）热或光或其他）激发下，产生自由电子空穴对的现象。 图1.2 本征激发示意图 3.本征半导体中的两种载流子 运载电荷的粒子称为载流子。导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。 图1.3 电子与空穴的运动 空穴导电：当有电场作用时，价电子定向填补空位，使空位作相反方向的移动，这与带正电荷的粒子作定向运动的效果完全相同。 为了区别于自由电子的运动，我们就把价电子的运动虚拟为空穴运动（方向相反），认为空穴是一种带正电荷的载流子 。 4.本征浓度 载流子复合：自由电子与空穴在热运动中相遇，使自由电子空穴对消失的现象。 载流子的动态平衡：在一定温度下，单位时间内本征激发所产生地自由电子空穴对的数目与复合而消失的自由电子空穴对的数目相等，就达到了载流子的动态平衡状态，使本征半导体中载流子的浓度一定。 本征载流子的浓度 （1.1） 1.2.2 杂质半导体 杂质半导体 掺入杂质的半导体称为杂质半导体。 N型半导体 P型半导体 杂质半导体的载流子浓度 1.N型半导体 掺入少量的Ⅴ族元素（如磷、砷、锑等）后，形成的杂质半导体称为N型半导体。 多出一个价电子只能位于共价键之外，成为“自由电子”。 图1.4 N型半导体原子结构示意图 施主原子：杂质原子 施主离子：不能自由移动 不能参与导电。 多数载流子（多子）：自由电子。 少数载流子（少子）：空穴。 整体呈电中性 2.P型半导体 掺入少量Ⅲ族元素（如绷、铝和铟等）后形成的杂质半导体称为P型半导体。 共价键因缺少一个价电子而出现一个“空位”。 图1.5 P型半导体原子结构示意图 受主原子：杂质原子 受主离子：不能自由移动 不能参与导电。 多数载流子（多子）：空穴。 少数载流子（少子）：自由电子。 整体呈电中性 3.杂质半导体的载流子浓度 热平衡条件下自由电子的浓度 热平衡条件下空穴的浓度 本征浓度 （1.2） 1.1.3 半导体中的电流 漂移电流 扩散电流 1.漂移电流 在电场作用下，半导体中的载流子受电场力作宏观定向漂移运动形成的电流，称为漂移电流。它类似于金属导体内的传导电流。 电子的漂移电流密度为 --电子的迁移率,常数，表征电子在半导体中运动容易度的参数 E是电场强度 e--电子的电量 n--电子的浓度 （1.7） 而空穴顺电场方向作定向运动，形成空穴电流，空穴的漂移电流密度为 p--空穴的浓度 是空穴的迁移率。 和 的方向是一致的，均为空穴流动的方向。 所以 （1.8） 因此，半导体中的总的漂移电流为两者之和，即 总的漂移电流密度 其中 式中 是半导体的电导率，与载流子浓度迁移率有关。 （1.9） （1.10） （1.11） 2.扩散电流 因载流子浓度差而产生的载流子宏观定向运动形成的电流。 半导体中某处的扩散电流主要取决于该处载流子的浓度差（即浓度梯度），而与该处的浓度值无关。即扩散电流与载流子在扩散方向上的浓度梯度成正比，浓度差越大，扩散电流也越大。 图1.6 半导体中载流子的浓度分布 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！