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PN结处载流子的运动
载流子的 扩散运动——浓度差产生的载流子移动。 运动： 漂移运动——在电场作用下，载流子的移动。
内电场
扩散：空穴 漂移：电子
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PN结形成过程可分成4步 :
1. 浓度差多子的扩散运动
2. 扩散空间电荷区内电场
电子 空穴
3. 内电场少子的漂移运动 阻止多子的扩散
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施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的电子，并成为带正电的离子。如 Si中掺的P 和As
受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如 Si中掺的B
施主和受主浓度：ND、NA
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N型半导体
P型半导体
ห้องสมุดไป่ตู้
自由电子 ＝ 多子 空穴 ＝ 少子
4. 扩散与漂移达到动态平衡.
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PN结形成的物理过程：
浓度差
宽
多子的扩散运动 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
扩散 > 漂移
是
否
多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。 P N
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二、 PN结的单向导电性
2半导体二极管 (2)
1 半导体基础知识
1.1 本征半导体
？什么是半导体
固体材料：超导体: 大于106(cm)-1
从导电特性和 机制来分：
不同电阻特性
不同输运机制
导 体: 106~104(cm)-1 半导体: 104~10-10(cm)-1 绝缘体: 小于10-10(cm)-1
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N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
硅原子
磷原子 （施主）
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Si
Si
多余电子
P
Si
N型硅表示 +
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P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
硅原子
空穴
Si Si
硼原子 （受主）
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B
Si
P型硅表示
空穴
＝ 多子
自由电子 ＝ 少子
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本节中的有关概念
*半导体导电特点1： 其导电能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑
• 本征半导体、本征激发 自由电子 复合 空穴
*半导体导电特点2：掺杂可以显著提高导电能力 •杂质半导体 N型半导体、施主杂质(5价) P型半导体、受主杂质(3价)
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二、本征半导体中的两种载流子
+
自由电子
+4
+4
载流子:运载电荷的粒子 温度，光照本征激发 + 4 空穴 由热激发或光照而产生 自由电子和空穴对。
+4
+4 ＋ +4
空穴:共价键中的空位
复合:自由电子填补空穴， 同时消失的现象。
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2. PN结（PN Junction）
一、 PN结的形成 二、 PN结的单向导电性 * 三、 PN结的伏安特性
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一、 PN 结的形成
采用不同的掺杂工艺,在同一片半导体基片 上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过 载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了 PN结。
半导体有元素半导体，如：Si、Ge 化合物半导体，如：GaAs、InP、ZnS
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。
Si
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硅原子
Ge
锗原子
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硅和锗的共价键结构平面示意图
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
温度 热运动载流 子浓度 导电性能
温度 载流子浓度 导电性能
*半导体导电特点：其能力容易受温度、光照等环境因素影响.
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温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑ 11
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1.2杂质半导体
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。
N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体） P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）
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PN结正向偏置
PN结反向偏置
＊ 扩散 > 漂移 ＊大的正向扩散电流 （多子） ＊低电阻 正向导通
＊漂移 > 扩散 ＊很小的反向漂移电流 （少子） ＊高电阻 反向截止
总之，PN结加正向电压时，形成较大的正向电流； 加反向电压时，反向电流很小——单向导电性。
+4
+4
+4
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。
-
在T=0K和无外界激发时,本征半导体中无载流子,不导电绝缘体
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三、本征半导体中载流子的浓度
自由电子
+4
+4
+ 4 空穴
+4
+4 ＋ +4
+4
+4
+4
动态平衡
一定温度下，本征激发产 生的自由电子和空穴对与 复合的自由电子和空穴对 数目相等。
它主要由杂质原子提供 由本征激发形成
空穴 ＝ 多子
自由电子 ＝ 少子
空间电荷
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
N型半导体
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P型半导体
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掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能越强。
• 多数载流子、少数载流子
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结论
◆掺杂会大大提高半导体中载流子浓度，使导电性能大增。 ◆掺入五价杂质产生N型半导体（电子型半导体）。
多子—电子、少子—空穴。 ◆掺入三价杂质产生P型半导体（空穴型半导体）。
多子—空穴、少子—电子。 ◆多子浓度近似等于杂质浓度，少子浓度与温度密切相关。
PN结加上正向电压、正向偏置的意 思都是： P区加正、N区加负电压。
PN结加上反向电压、反向偏置的意 思都是： P区加负、N区加正电压。
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空间电荷区变薄
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＊ 扩散 > 漂移 ＊大的正向扩散 电流（多子）
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空间电荷区变厚
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＊漂移 > 扩散 ＊很小的反向漂 移电流（少子）
掺入的杂质使多子的数目大大增加，从而使多子与少 子复合的机会大大增多。
多子浓度 少子浓度
多子的浓度近似等于掺杂原子的浓度，受温度影响很 小；少子是本征激发形成的，浓度较低，对温度非常 敏感。
半导体的特殊性质：
1、 掺杂可以显著提高导电能力，导电性能具有可控性； 2、 导电能力容易受环境因素的影响(温度、光照等).