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第一章 半导体基础知识
一、半导体 二、本征半导体 三、掺杂半导体 四、PN结的形成和单向导电性
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一、半导体 物质的导电性能决定于原子结构，最外层
电子数目越少，导电性能越强。 导体：一般为低价元素，如铜、铁、铝 绝缘体：一般为高价元素（如惰性气体）或
高分子物质（如塑料和橡胶）。
半导体：其导电性介于导体和绝缘体之间。
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半导体的导电特性
1）热敏性 与温度有关。温度升高，导电能力增强。
2）光敏性 与光照强弱有关。光照强，导电能力增强
3）掺杂性 加入适当杂质，导电能力显著增强。
常用半导体材料
1）元素半导体 如：硅、锗 2）化合物半导体 如：砷化镓 3）掺杂或制成其他化合物半导体的材料
硅和锗的共-价--精品键--- 结构
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1）本征半导体的导电机理 ① 电子—空穴对的产生
在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时, 价电子完全被共价键束缚着，本征半导体 中没有可以运动的带电粒子，它的导电能 力为0，相当于绝缘体。
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。
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了解下列名词：
● 共用电子与共价键
● 自由电子和空穴
● 热运动与动态平衡 ● 复合
●载流子
本征半导体在不同的温度下，自由电 子和空穴的浓度不同，所以导电性能也 不同，当绝对温度等---精于品---0度时，为绝缘体。
三、掺杂半导体
利用扩散工艺，在本征半导体中掺与杂质， 便得到掺杂半导体
如；硼、磷、铟、锑
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现代电子学中，用的最多的半导 体是硅和锗，它们的最外层电子 （价电子）都是四个。
Ge
Si
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。
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二、本征半导体 纯净的晶体结构的半导体为本征半导体
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
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三、掺杂半导体 2.P型半导体
●空穴为多数载流子 ●自由电子为少数载流子
P型半导体主要靠空穴导电，掺与B元素越 多，导电性越强
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2）P型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量
的三价元素，如硼（或铟），
晶体点阵中的某些半导体原
子被杂质取代，硼原子的最
外层有三个价电子，与相临
的半导体原子形成共价键时，
●模拟电路
●数字电路
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三、课程目的 掌握有关电子技术的基本概念、
基本电路、基本分析方法、基本分 析方法
读图：定性分析 估算：定量分析 选择：选择电路、选器件、选参 数 调试：具体实现
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四、 注意问题
1、熟悉书本上典型例题，典型题型。 2、布置作业一定自已完成。 3、注意学习的整体连贯性。 4、多看几本参考书。
的平运衡动，最相终当－达于到两－ － － － － 个区之间没－有电－ － － － － 荷运动，空间电
+ + +2、+内电+场+越强，就使漂 移运动越强，而漂移使空
+ + +间电+荷+区变+薄。
荷区的厚度－固定－ － － － － + + + + + +
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩---散精品运--- 动 (浓度差产生)
阻挡多子扩散
2）内电场的形成及其作用{ 促进少子漂移 漂移运动
P型半导 体 3、所以扩散和 漂移这一对－相反－ － － － －
N型半导 内电场E 体 + +++++
产生一个空位。这个空位可
能吸引束缚电子来填补，形
成空穴使得硼原子成为不能
移动的带负电的离子。由于
硼原子接受电子，所以称为
受主原子。
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空穴
+4
+4
+3
+4
硼原子
空穴
+4 +3
硼原子
P型半导体
－－－－ － －
+4
－－－－ － －
－－－－ － －
+4
－－－－ － －
P型半导体
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前言
本门课程是入门性质的技术 基础课。 一、电子技术的发展 二、课程内容 三、课程目的 四、安排和要求
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一、电子技术的发展
第一代 第二代 第三代 第四代
1904 年 1947 年 1958 年 1969 年
电子管 晶体管诞生 集成电路问世 大规模集成电路 超大规模集成电路
二、课程内容
成共价键，必定多出一个电子， 这个电子几乎不受束缚，很容易
+5
+4
被激发而成为自由电子，这样磷
原子就成了不能移动的带正电的
离子。每个磷原子给出一个电子，磷原子
称为施主原子。
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多余电子
N型半导体
+4 +5
磷原子
+ +++++
+4
+ +++++ + +++++
+4
+ +++++
N型半导体
总结
1、N型半导体中自由电子是多子，其中大部分是掺 杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子只 占少数。 N型半导体中空穴是少子，少子的迁移 也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的 主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。
2、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。 3、多子由掺杂浓度决定，少子由温度决定。
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四、PN结的形成和单向导电性 1.PN结的形成 扩运动：物质总是从浓度高的地方向浓
度低的地方运动，称为扩散运动。 自由电子从N区向P区扩散，空穴从P区向N
区扩散
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1）多数载流子的扩散运动及空间电荷区 的产生(即:PN结的产生)
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
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电子—空穴对的产生
空穴
+4
+4
+4
+4
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自由电子 束缚电子
两种导电方式
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引临近的价电 子来填补。这样的结 果相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于 正电荷的移动，即： 空穴电流
在外电场作用下，有 两部分电流：1、自 由电子定向移动。2、 空穴电流
1.N型半导体
● 自由电子为多数载流子 ●空穴为少数载流子
N型半导体主要靠自由电子导电，掺与P元 素越多，导电性越强
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1）N型半导体
多余电子
在硅或锗晶体中掺入少量的
五价元素磷（或锑），晶体点阵
中的某些半导体原子被杂质取代，
磷原子的最外层有五个价电子， +4
+4
其中四个与相临的半导体原子形