半 导 体 的 基 本 知 识 与 结
5
电工电子学 chapter 4
晶体结构
共价键
+4 +4 +4
4.1 PN
4个价电子
+4
+4
+4
+14 2 8 4
+32 2 818 4
+4
+4 +4 +4
Si
Ge
惯性核
随机点名 目录 返回 上一页 下一页
中国石油大学电工电子教学中心
共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形 18.10.11 成晶体。 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中， 称为束缚电子(Bonded Electron)，束缚电子很难 脱离共价键成为自由电子(Free～)，因此本征半导 体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力 很弱。
18.10.11
第四章 常用半导体分立器件 Diode, Transistor
电工电子学 chapter 4
1
半导体的基本知识与PN结 半导体二极管及其应用电路 双极型三极管 绝缘栅型场效应管
中国石油大学电工电子教学中心
随机点名 目录
返回
上一页 下一页
学习要求：
18.10.11
对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和 正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件 的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，即根据实际情况，对 器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似， 以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标， 就不要过分追究精确的数值。 器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误 差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。
电工电子学 chapter 4
半 导 体 的 基 本 知 识 与 结
9
注意：(1)在常温下，本征半导体中载流子浓度: Si：ni= pi=1.5×1010/cm3，Ge： ni= pi=2.5×1013/cm3, 与原子密度（约为1022/cm3量级）相比，是微不足道 的（1/3.3×1012 ），故本征半导体的导电性很弱，不 能直接用于制造半导体器件。 (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
电工电子学 chapter 4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
8
中国石油大学电工电子教学中心
随机点名 目录
返回
上一页 下一页
本征浓度 复合—自由电子和空穴在热运动中相遇而释放能 18.10.11 量，电子空穴成对消失。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。 在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡， 半导体中载流子便维持一定的数目。
电工电子学 chapter 4
在绝对零度（即T＝0）和 无外界激发时，硅和锗晶体中 由于没有传导电流的导电粒 子存在，所以不能导电。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
6
中国石油大学电工电子教学中心
随机点名 目录
返回
上一页 下一页
18.10.11
本征激发－在常温下，由于热激发，使一些价电子
获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电 子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴 (Hole) 。 因热运动产生自由电子空穴对的现象称 本征激发 （Excitation, 又称热激发）。
电工电子学 chapter 4
电子器件所用的半导体具有晶体 结构，因此把半导体也称为晶体。 硅谷、集成电路 Silicon valley Integrated circuit
4
中国石油大学电工电子教学中心
随机点名 目录
返回
上一页 下一页
3. 本征半导体 18.10.11 纯净的、具有晶体结构 的半导体。 将硅或锗材料提纯并形 成单晶体后，便形成共价键 结构。 价电子：最外层原子轨道 上的电子。
10
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件， 如二极管、三极管和晶闸管等）。
中国石油大学电工电子教学中心
随机点名 目录
返回
上一页 下一页
4. 杂质半导体(Impurity~) 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使 半导体的导电性能发生显著变化。 即使得自由电子和空穴的数量差别极大，且其 导电性能由杂质的类型和掺杂的数量支配，而不 再取决于温度。 使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为 N型 半导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的 杂质半导体称为P型半导体（p-type~ or Psemiconductor 空穴半导体）。
随机点名 目录 返回 上一页 下一页
电工电子学 chapter 4
2
中国石油大学电工电子教学中心
4.1 半导体的基本知识与PN结
18.10.11
一、 半导体的基本知识 1. 半导体 器件的特点 体积小、重量轻、寿命长、能耗低。
2. 物质的分类（按其导电能力的大小） 导体 如：金、银、铜、锡,电阻率, ρ<10-4cm 绝缘体 如：橡胶、陶瓷、塑料、木制品等 ρ 1012cm 半导体 如：锗、硅、砷化镓，一些硫化物和氧化物 （导电性能介于导体与绝缘体之间，受温度、光照和 掺杂程度影响极大。） 10-3cm < ρ<109cm 半导体（根据纯度的不同）可以分为 本征半导体, 杂质半导体
+4 +4 +4
半 导 体 的 基 本 知 识 与 结
7
电工电子学 chapter 4
4.1 PN
自由 电子
+4
+4
+4
空穴
+4 +4 +4
中国石油大学电工电子教学中心
随机点名 目录
返回
上一页 下一页
两种载流子: 能够导电的电荷称为载流子 18.10.11 (current or charge carrier)。 本征半导体中有数量相等的两种载流子：自由电 子和空穴。 空穴导电的实质是价电子依次填补空位的运动。
中国石油大学电工电子教学中心
4.1 PN
随机点名 目录
返回
上一页 下一页
18.10.11
半导体的导电特性： 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。
电工电子学 chapter 4
电工电子学 chapter 4
3
中国石油大学电工电子教学中心
随机点名 目录
返回
上页 下一页
半导体器件是构成电子线路的基本元件，所用 18.10.11 的材料是经过特殊加工且性能可控的半导体材料。 在大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电 路（VLSI）中主要使用硅（Si）和砷化镓（GaAs） 材料。 第一代半导体材料 以Si，Ge为代表； 第二代半导体以GaAs, InP为代表；， 第三代半导体：III族氮化物半导体材料（GaN）