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晶体管开关资料第1页/共47页 2半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si),锗(Ge)。硅和锗的原子结构模型(a)硅原子 (b)锗原子 简化模型硅和锗都是四价元素,原子的最外层轨道上有四个价电子。第2页/共47页 31.本征半导体（纯净的半导体晶体）硅和锗的晶体结构（ａ）点阵结构 （ｂ）共价键结构点阵结构：每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起。原子最外层的价电子不仅围绕…两个相邻原子共用一对电子第3页/共47页 4热激发产生自由电子和空穴室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为“空穴”。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。在电子技术中,将空穴看成带正电荷的载流子。第4页/共47页 5空穴运动有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。（与自由电子的运动不同）第5页/共47页 6结论：本征半导体中有两种载流子：①带负电荷的自由电子②带正电荷的空穴 热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为“复合”。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。第6页/共47页 7N型和P型半导体(1)N型半导体 在硅晶体中掺入五价元素磷,磷原子的五个价电子有四个…多出的一个电子不受共价键的束缚,室温下很容易成为自由电子。磷原子失去一个电子成为正离子（在晶体中不能移动） 每个磷原子都提供一个自由电子，自由电子数目大大增加，远远超过空穴数。这种半导体主要依靠电子导电，称为电子型或N型半导体。第7页/共47页 8N型半导体的特点：自由电子 空 穴 多数载流子（简称多子）少数载流子（简称少子） 只要掺入极少量的杂质元素（1／106），多子的浓度将比本征半导体载流子浓度增加近106倍。 掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。第8页/共47页 9(2)P型半导体 在硅晶体中掺入三价元素硼,硼原子与相邻的四个硅原子…由于缺少一个价电子而产生一个空位，这个空位很容易被邻近共价键中的价电子填补。硼原子得到一个电子成为负离子（在晶体中不能移动），失去价电子的共价键中出现一个空穴，每个硼原子都产生一个空穴，空穴数目大大增加，远远超过自由电子数。这种半导体主要依靠空穴导电，称为空穴型或P型半导体第9页/共47页 10P型半导体的特点：空 穴 自由电子 多数载流子（简称多子）少数载流子（简称少子） 掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。 少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。第10页/共47页 113. PN结的形成预备知识:半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动.在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层PN结第11页/共47页 12① 多子扩散运动形成空间电荷区由于浓度差，电子和空穴都要从浓度高的区域向…扩散的结果，交界面P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子，这样在交界面处出现由数量相等的正负离子组成的空间电荷区，并产生由N区指向P区的内电场EIN。PN结第12页/共47页 13 ② 内电场EIN阻止多子扩散，促使少子漂移 多子扩散 空间电荷区加宽内电场EIN增强 少子漂移促使阻止EINEIN 空间电荷区变窄内电场EIN削弱 扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结第13页/共47页 14小结：PN结中同时存在多子的扩散运动和 少子的漂移运动，达到动态平衡时，扩散运动产生的扩散电流和漂移运动产生的漂移互相抵消，PN结中总的电流为零。第14页/共47页 154. PN结的单向导电性①外加正向电压（也叫正向偏置）外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到P区，P区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时称PN结处于“导通”状态。第15页/共47页 164. PN结的单向导电性②外加反向电压（也叫反向偏置）外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电