思考：题既然P型半导体的多数载流子是空穴， 少数载流子是自由电子，所以，P型半导体带正 电。此说法正确吗？
N型半导体 ：在本征半导体中参入微量五价元 素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.5 所示。常用的三价元素的杂质有磷、砷和锑等。
施主杂质：因为五价元素的杂质在半导体中能 够产生多余的电子，故称之为施主杂质或N型杂质。
内容简介 习题解答
内容简介
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 体：ρ<10－4Ω·cm 绝缘体：ρ>109Ω·cm
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。
2. 半导体的晶体结构
典型的元素半导体有硅Si和锗Ge ，此外，还有化合物半导体砷化镓GaAs 等。
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空穴：共价键中的空位。 电子空穴对：由本征激发（热激发）而产
生的自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子
空穴对。所以，在本征半导体中： ni=pi （ni－ 自由电子的浓度；pi－空穴的浓度）。
K1—常数，硅为3.8710-6K-3/2/cm3，锗为 1.7610-6 K-3/2/cm3 ；T—热力学温度；EGO—禁带宽 度，硅为1.21eV，锗为0.785eV ；k—波耳兹曼常 数，8.63 10-5 eV/K。（e—单位电荷，eV=J）
1.PN结加正向电压 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正
向扩散电流， PN结导通。其示意图如 图1.1.7所示。
2. PN结加反向电压 PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反
向漂移电流，PN结截止。其示意图如 图1.1.8所示。
3. PN结的单向导电 PN结加正向电压（正偏）时导通；加反向电压
半导体的导电性能是由其原子结构决定的，就元素半导体硅和锗而言， 其原子序数分别为14和32，但它们有一个共同的特点：即原子最外层的电子 （价电子）数均为4，其原子结构和晶体结构如图1.1.1所示。
3.本征半导体
本征半导体：化学成分纯净、结构完整的半导体。它在物理结构上呈单晶 体形态。
本征激发(热激发）:受温度、光照等环境因素的影响，半导体共价键中的 价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子的现象，称之为本 征激发（热激发）（见图1.1.2）。
4.杂质半导体 杂质半导体：在本征半导体中参入微量的杂质
形成的半导体。根据参杂元素的性质，杂质半导 体分为P型（空穴型）半导体和N型（电子型）半 导体。由于参杂的影响，会使半导体的导电性能 发生显著的改变。
P型半导体 ：在本征半导体中参入微量三价元 素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.4 所示。常用的三价元素的杂质有硼、铟等。
（反偏）时截止的特性，称为PN结的单向导电性。
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三.PN结的特性曲线
1. PN结的V-I 特性表达式
iD IS (evD / nVT 1)
(1.1.2)
式中，IS —反向饱和电流； n —发射系数，与PN 结的的尺寸、材料等有关，其值为1~2；VT —温 度的电压当量，且在常温下（T=300K）:
（1）两种载流子的产生与复合，在一定温度下达到动态平衡，则ni=pi的 值一定；
（2）ni与pi 的值与温度有关，对于硅材料，大约温度每升高8oC，ni 或pi 增加一倍；对于锗材料，大约温度每升高12 oC，ni 或pi 增加一倍。
载流子：能够参与导电的带电粒子。
空白半导体中载流子的移动 ：如图1.1.3所示。从图中可以看出，空穴可以看成 是一个带正电的粒子，和自由电子一样，可以在晶体中自由移动，在外加电场下， 形成定向运动，从而产生电流。所以，在半导体中具有两种载流子：自由电子和 空穴。
受主杂质：因为三价元素的杂质在半导体中能 够接受电子，故称之为受主杂质或P型杂质。
多子与少子：P型半导体在产生空穴的同时，并不 产生新的自由电子，所以控制参杂的浓度，便可控 制空穴的数量。在P型半导体中，空穴的浓度远大于 自由电子的浓度，称之为多数载流子，简称多子； 而自由电子为少数载流子，简称少子。
ni = pi =1.4×1010/cm3
• 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
ni=5×1016/cm3
• 本征硅的原子浓度:
4.96×1022/cm3
以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
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小结 本讲主要介绍了下列半导体的基本概念： ➢ 本征半导体 ➢ 本征激发、空穴、载流子 ➢ 杂质半导体 ➢ P型半导体和N型半导体 ➢ 受主杂质、施主杂质、多子、少子
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3. PN结的反向特性
图1.1.10 PN结的反 向特性
硅管
-IS 锗管
反向电流： 在一定温度下， 少子的浓度一定，当 反向电压达到一定值 后，反向电流IR 即为 反向饱和电流IS，基本 保持不变。 反向电流受温度 的影响大。
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4. PN结的反向击穿特性
5. PN结
一.PN结的形成
在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质, 分别形成P型半导体和N型半导体。此时将在P型半 导体和N型半导体的结合面上形成的物理过程示意 图如图1.1.6所示。
二.PN结的单向导电性
正偏与反偏：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。
在N型半导体中，自由电子为多数载流子，而 空穴为少数载流子。
综上所述，在杂质半导体中，因为参杂，载流子的数量比本征半导体
有相当程度的增加，尽管参杂的含量很小，但对半导体的导电能力影响却很
大，使之成为提高半导体导电性能最有效的方法。 掺杂 对本征半导体的导
电性的影响，其典型数据如下:
• T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:
VT = kT/q = 0.026V =26mV
2. PN结的正向特性
死区电压Vth 硅材料为0.5V左右； 锗材料为0.1V左右。
导通电压Von 硅材料为0.6~0.7V左 右；锗材料为 0.2~0.3V左右。
图1.1.9 PN结的正向特性
Is=10-8A VT=26mV n =2
死区电压
导通电压