中职电子技术教案（一）.pdfVIP

项目一 半导体的基础知识 一、半导体： 1、半导体的导电性介于导体与绝缘体之间。 2、导体： 3、绝缘体 二、本征半导体 1、本征半导体： 纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。常用的半导体材料有： 硅和锗。它们都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，当把硅或锗制成晶体时， 它们是靠共价键的作用而紧密联系在一起。 2、空穴：共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由 电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。 3、空穴电流: 在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流；同时价电子也按一 定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。在晶体中存在两种载流子， 即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的。 三：杂质半导体 1、杂质半导体:在本征半导体中两种载流子的浓度很低，因此导电性很差。我们向晶体中有 控制的掺入特定的杂质来改变它的导电性，这种半导体被称为杂质半导体。 1）.N 型半导体 在本征半导体中，掺 入5 价元素，使晶体中某些原子被杂质原子所代替，因为杂质原子最 外层有5 个价电子，它与周围原子形成共价键后，还多余一个自由电子，因此使其中的空穴的 浓度远小于自由电子的浓度。但是，电子的浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数，与掺杂无关。 在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 2）.P 型半导体 在本征半导体中，掺入3 价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原子的最 外层只有3 个价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一个空穴，因此使其中的空穴浓 1 度远大于自由电子的浓度。在P 型半导体中，自由电子是少数载流子，空穴使多数载流子。 四、PN 结 一、PN 结基础知识 1、PN 结：我们通过现代工艺，把一块本征半导体的一边形成P 型半导体，另一边形成N 型半导体， 于是这两种半导体的交界处就形成了P—N 结，它是构成其它半导体的基础，我们要掌握好它的特性！ 2 ：异形半导体接触现象 1） 扩散运动：在形成的P—N 结中，由于两侧的电子和空穴的浓度相差很大，因此它们会产生扩散 运动 （高浓度向低浓度扩散）：电子从N 区向P 区扩散；空穴从P 去向N 区扩散。因为它们都是带电 粒子，它们向另一侧扩散的同时在N 区留下了带正电的空穴，在P 区留下了带负电的杂质离子，这样 就形成了空间电荷区，也就是形成了电场(自建场). 它们的形成过程如图（1），（2）所示 2）漂移运动：在电场的作用下，载流子将作漂移运动，它的运动方向与扩散运动的方向相反，阻止 扩散运动。电场的强弱与扩散的程度有关，扩散的越多，电场越强，同时对扩散运动的阻力也越大， 当扩散运动与漂移运动相等时，通过界面的载流子为0。此时，PN 结的交界区就形成一个缺少载流子 的高阻区，我们又把它称为阻挡层或耗尽层。 2 二：PN 结的单向导电性 我们在PN 结两端加不同方向的电压，可以破坏它原来的平衡，从而使它呈现出单向导电性。 1.PN 结外加正向电压 PN 结外加正向电压的接法是P 区接电源的正极，N 区接电源的负极。这时外加电压形成电场 的方向与自建场的方向相反，从而使阻挡层变窄，扩散作用大于漂移作用，多数载流子向对方 区域扩散形成正向电流，方向是从P 区指向N 区。如图（1）所示 2.PN 结外加反向电压 它的接法与正向相反，即P 区接电源的负极，N 区接电源的正极。此时的外加电压形成电 场的方向与自建场的方向相同，从而使阻挡层变宽，漂移作用大于扩散作用，少数载流子在电 场的作用下，形成漂移电流，它的方向与正向电压的方向相反，所以又称为反向电流。因反向 电流是少数载流子形成，故反向电流很小，即使反向电压再增加，少数载流子也不会增加，反 向电压也不会增加，因此它又被称为反向饱和电流。即：I =-I D S 此时，PN 结处于截止状态，呈现的电阻为反向电阻，而且阻值很高。 结论：PN 结在正向电压作用下，处于导通状态，在反向电压的作用下，处于截止状态，因此PN 3