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3.2.1 PN结的形成
P区
N区
()
耗 尽层
P区
空 间电 荷 区
N区
(b)
内 建电 场
U (c)
平衡状态下的PN (a)初始状态; (b)平衡状态; (c)电位分布
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在一对块于本P征型半半导导体体两和侧N型通半过导扩体散结不合同面的，杂离质,
分子别薄形层成形N型成半的导空体间和电P荷型区半称导为体P。N结此。时将在N型 半导体和在P空型间半电导荷体区的，结由合于面缺上少形多成子如，下所物以理也过 程称: 耗尽层。
(1) PN结加正向电压时
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
iD/mA 1.0
0.5
–1.0 –0.5 0 0.5 1.0 vD/V
PN结的伏安特性
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3.2.2 PN结的单向导电性
R
E ＋－
未加 偏压时
P区
的耗 尽层
N区
电位
(a)
加正 偏 压时 的 耗尽 层
未加 偏压时 的电 位分布
合成 电场
U －E U ( b )
PN结正向运用
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因浓度差
多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
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3.2.2 PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压， 简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。
本征半导体中的自由电子和空穴数总 是相等的。
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3.1.4 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质 主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体 称为杂质半导体。
N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的 半导体。
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼） 的半导体。
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3.1.3 本征半导体
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3.1.3 本征半导体
由于共价键出现了空穴，在外加电场 或其它能源的作用下，邻近价电子就可填 补到这个空位上，而在这个电子原来的位 置上又留下新的空位，以后其它电子又可 转移到这个新的空位。这样就使共价键中 出现一定的电荷迁移。空穴的移动方向和 电子移动的方向是相反的。
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3.1.2 半导体的共价键结构
硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
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3.1.2 半导体的共价键结构
硅晶体的空间排列
共价 键中的 共价键 两个电子
＋4
＋4
A
＋4
＋4
(b) (a)
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3.1.3 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。
本节中的有关概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子
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3.2 PN结的形成及特性 3.2.1 PN结的形成 3.2.2 PN结的单向导电性 3.2.3 PN结的反向击穿 3.2.4 PN结的电容效应
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半导体有以下特点： 1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2．半导体受外界光和热的激励时，其导电能力 将会有显著变化。 3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电 能力会显著增加。
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3.1.2 半导体的共价键结构
在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅 和锗，它们的简化原子模型如下图所示。硅和锗 都是四价元素，在其最外层原子轨道上具有四个 电子，称为价电子。由于原子呈中性，故在图中 原子核用带圆圈的+4符号表示。半导体与金属和 许多绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子 形成有排列，邻近原子之间由共价键联结，其晶 体结构示意图如下所示。图中表示的是晶体的二 维结构，实际上半导体晶体结构是三维的。
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1. N型半导体
因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而 多余的一个价电子因无 共价键束缚而很容易形 成自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子 提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。
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2. P型半导体
因三价杂质原子 在与硅原子形成共价 键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下 一个空穴。
在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺 杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。 三价杂质 因而也称为受主杂质。
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空穴——共价键中的空位。
电子空穴对——由热激发而产生的 自由电子和空穴对。
空穴的移动——空穴的运动是靠相邻 共价键中的价电子依次充填空穴来实 现的。
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3.1.3 本征半导体
本征激发 在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的 能量，挣脱共价键的束缚进入导带，成为自由电子，在晶 体中产生电子-空穴对的现象称为本征激发. 空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点.
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3.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、
绝缘体和半导体。 导电性能介于导体与绝缘体之间材料，称为半
导体。 在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半
导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体， 如砷化镓（GaAs）等。其中硅是最常用的一种半导 体材料。
主要内容 1. 半导体的基本知识 2. PN结的形成及特点 3. 半导体二极管的结构、特性、参 数、模型及应用电路
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基本要求 1. 了解半导体的基础知识 2. 理解PN结的单向导电工作原理 3. 掌握二极管（包括稳压管）的V-I特性 及主要性能指标 4. 掌握二极管电路的分析方法和应用
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3.1 半导体的基本知识 3.2 PN结的形成及特性 3.3 半导体二极管 3.4 二极管的基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管
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3.1 半导体的基本知识 3.1.1 半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体 3.1.4 杂质半导体