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本征半导体及其特性
❖ 导 体 (Conductor)
电导率 ＞105 铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。
❖ 半导体 (Semiconductor)
电导率 10-9~ 102 硅、锗、砷化镓、磷化铟、碳化镓、重掺杂多晶硅
❖ 绝缘体 (Insulator)
电导率10-22 ~10-14
空 穴 数 = 自由电子数 + 受主杂质数
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杂质半导体的载流子浓度
❖ 杂质半导体多子浓度
由搀杂浓度决定（是固定的） 几乎与温度无关
❖ 杂质半导体少子浓度
主要由本征激发决定的 对温度变化敏感
❖ 杂质半导体就整体来说还是呈电中性的
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半导体中的电流
漂移电流(Drift Current)
二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等
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2、半导体性能
❖ 半导体三大特性
搀杂特性 热敏特性 光敏特性
❖ 本征半导体
晶格完整（金刚石结构） 纯净（无杂质）的半导体
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1、硅、锗原子的简化模型
半导体元素：均为四价元素
Ge
Si
+4
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半导体结构的描述
❖ 两种理论体系
❖ N型半导体：电子型半导体 多子(Majority)：自由电子(Free Electron)
少子(Minority)：空 穴(Hole)
自由电子数= 空 穴 数 + 施主杂质数
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2、 P型半导体
❖ 受主杂质(Acceptor impurities) ：
掺入三价元素，如硼(B)、铝(Al)、铟(In)。
❖ 有温度环境就有载流子。 ❖ 绝对零度（-2730C）时晶体中无自由电子。
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热激发（本征激发）
❖ 本征激发 和温度有关 ❖ 会成对产生电子空穴对
--- 自由电子(Free Electron) --- 空 穴(Hole)
❖ 两种载流子（带电粒子）是半导体的重 要概念。
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（场致激发）
（2）雪崩击穿 （碰撞激发）
反向击穿 电压UBR
死区电压 硅管0.4V 锗管0.1V
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N
导通电压: 硅管0.7V 锗管0.3V
U
开启电压: 硅管0.6V 锗管0.2V
共价键 结构 能级能带 结构
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共价键结构（平面图）
形成共价键后，每个 原子的最外层电子是 八个，构成稳定结构
共价键有很强的结合 力，使原子规则排列， 形成晶体
+4
+4
+4
价电子
+4
+4
+4
自由 电子
空穴
+4
+4
+4
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半导体中的载流子
❖ 载流子(Carrier) 指半导体结构中获得运动能 量的带电粒子。
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扩散运动
扩散的结果是使空间电
荷区逐渐加宽，空间电
荷区越宽。
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说明：
（1）空间电荷区（耗尽层、势垒区、高阻区）内 几乎没有载流子，其厚度约为0.5μｍ
（2）内电场的大小 硅半导体： Vd 0.6 ~ 0.8V 锗半导体： Vd 0.2 ~ 0.4V
（3）当两边的掺杂浓度相等时，PN结是对称的 当两边的掺杂浓度不等时，PN结不对称
❖ 施主杂质(Donor impurities) ：
掺入五价元素，如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)。
❖ 正离子状态：
失去多余电子后束缚在晶格内不能移动。
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图示： N型半导体结构示意图
+4
+4
+4
自由 电子
+4
++54
+4
五价 原子
+4
+4
+4
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1、 N型半导体
（4）从宏观上看，自由状态下，PN结中无电流
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1、PN 结正向偏置——P 区加正、N 区加负电压
变薄
－－ ++
+
－－ ++
P －－ ++
N
－正向电－流 + +
内电场被削弱，多子 的扩散加强，能外够电形场 成较大的扩散电流。
R
内电场
E
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_正 向 导 通
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2、PN 结反向偏置——P 区加负、N 区加正电压
是由电场力引起的载流子定向运动 由载流子浓度、迁移速度、外加电场强度等决定
扩散电流(Diffusion Current)
是由载流子浓度不均匀（浓度梯度）造成的 扩散电流与浓度本身无关
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§1.2 PN结及其特性
❖ PN结是构成半导体器件的 核心结构。
❖ PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体 结合处所形成的 特殊结构。
第一讲半导体器件 基础
参考书目
❖ 《模拟电子技术基础》，董诗白等， 高等教育出版社，面向21世纪课程教材
❖ 《电子技术基础》,康华光,高教出版社 ❖ 《电子线路基础》,高文焕,高教出版社
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主要内容
❖ 1.1 半导体及其特性 ❖ 1.2 PN结及其特性 ❖ 1.3 半导体二极管 ❖ 1.4 半导体三极管及其工作原理 ❖ 1.5 三极管的共射特性曲线及主要参数
❖ 负离子状态：
易接受其它自由电子
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图示： P型半导体结构示意图
空穴
+4
+4
+4
空位
+4
+43
+4
三价 原子
+4
+4
+4
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P型半导体
P型半导体：空穴型半导体
多子(Majority) ：空 穴(Hole) 少子(Minority ：自由电子(Free Electron)
❖ PN结是半导体器件的 心脏。
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PN结的形成
P型半导体
内电场越强，就使漂移
漂移运动
运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
势垒区， 也称耗尽层。
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本征激发与复合
本征激发
合二为一 一分为二
复合
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杂质半导体
(Impurity Semiconductor ) ❖ 杂质半导体：
在纯净半导体中掺入杂质 所形成。
❖ 杂质半导体分两大类：
N型 (N type)半导体 P型 (P type)半导体
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1、N型半导体
变厚
－－ － + + +
_
－－ － + + +
P －－ － + + + N
内电场被加－强，－多子－的 + + +
扩散受抑制。少子的漂
移加强，但少子数量有 内电场
限，只能形成较小的反
向电流。 R
外电场
E
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+反 向 截 止
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三、半导体二极管 P
❖ 伏安曲线
❖ 两种击穿：
I
（1）齐纳击穿