第8章 二极管 晶体管
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1、第第8章章: 二极管、晶二极管、晶体管和场效应管体管和场效应管 任课教师：贠素君任课教师：贠素君 办公室办公室: 物电院物电院322室室电工电子技术电工电子技术8.1 半导体的导电特性半导体的导电特性1、半导体基础知识、半导体基础知识半导体：半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，导电特性处于导体和绝缘体之间的物质， 例如例如硅硅Si、锗、锗Ge、砷化镓、砷化镓GaAs 和和一些硫化物一些硫化物、金属金属氧化物氧化物等。等。导导 体：体：电阻率电阻率 cm 的物质。的物质。如铜、银、如铜、银、铝等金属材料。铝等金属材料。410绝缘体：绝缘体：电阻率电阻率 cm 物质。物质。如橡胶、塑料如橡
2、胶、塑料、云母、陶瓷云母、陶瓷等。等。9102、半导体的导电特性：、半导体的导电特性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴 若若 温度温度 T ，将有，将有少数价电子克服共价键少数价电子克服共价键的束缚成为的束缚成为自由电子自由电子，在原来的共价键中留下在原来的共价键中留下一个空位一个空位空穴。空穴。T
3、自由电子自由电子和和空穴空穴使使本本征半导体具有导电能力，征半导体具有导电能力，但很微弱。但很微弱。空穴可看成带正电的载流子。空穴可看成带正电的载流子。电子空穴对电子空穴对 由热激发而产生由热激发而产生本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种本征半导体中存在数量相等的两种载流子载流子，即，即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度温度越高越高运动加剧运动加剧载流子的载流子的浓度浓度越高越高本征半导体的本征半导体的导电能力越强导电能力越强。本征半导体的导电能力取决于本征半导体的导电能力取决于载流子的载流子的浓度浓度。归纳归纳本征半导体中载流子的浓度很低本征半导体中载流子的
4、浓度很低, ,导电性能很差。导电性能很差。本征半导体中载流子的浓度与温度密切相关。本征半导体中载流子的浓度与温度密切相关。杂质半导体有两种杂质半导体有两种N 型半导体型半导体(掺入掺入5价杂质元素价杂质元素)P 型半导体型半导体(掺入掺入3价杂质元素价杂质元素)1、 N 型半导体型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价价杂质元素，杂质元素，如磷、砷、锑等，即构成如磷、砷、锑等，即构成 N 型半导体型半导体( (或称电子型或称电子型半导体半导体) )。常用的常用的 5 价杂质元素有磷、砷、锑等。价杂质元素有磷、砷、锑等。+4+4+4+4+4+4+4+4+4 自由电子浓
5、度远大于空穴的浓度，即自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n p 。电电子称为多数载流子子称为多数载流子( (简称多子简称多子) )，空穴称为少数载流子空穴称为少数载流子( (简称少子简称少子) )。+5施主原子施主原子自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗的晶体中掺入少量的在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价价杂质元素，杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体型半导体。+3空穴浓度多于电子空穴浓度多于电子浓度，即浓度，即 p n。空穴空穴为多数载流子为多数载流子，电子为，电子为少数载流子。少数载流子。3 价杂质原子称为价杂质原子称为受主原子。受主
6、原子。受主原子受主原子空空 穴穴2、 P 型半导体型半导体图图 8.1.5P 型半导体的晶体结构型半导体的晶体结构归纳归纳3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。4、N型半导体中电子是多子，空穴是少子型半导体中电子是多子，空穴是少子； P型半导体中空穴是多子，电子是少子。型半导体中空穴是多子，电子是少子。1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂浓度，少数载流
7、子的数量取决于温度。浓度，少数载流子的数量取决于温度。杂质半导体的导电机理杂质半导体的导电机理一、一、PN 结的形成结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体型半导体和和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了面处就形成了PN结。结。+空间电荷区空间电荷区N型区型区P型区型区 PN结结漂移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区
8、变薄。扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。荷区逐渐加宽。所以扩散和漂所以扩散和漂移这一对相反移这一对相反的运动最终达的运动最终达到平衡，相当到平衡，相当于两个区之间于两个区之间没有电荷运动没有电荷运动，空间电荷区，空间电荷区的厚度固定不的厚度固定不变。变。空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中内电场空间电荷区中内电场阻碍多子阻碍多子（ P区中的区中的空穴、空穴、N区中的电子）区中的电子） 的的扩散运动。扩散运动。 P区中的电子和区中的电子和N区中的空穴（区中的空穴（都是少子都是少子） 数量有限，因此由它们形成的漂移电流数量有限，因此由它们形成的漂移电流
9、很小。很小。空间电荷区中内电场空间电荷区中内电场推动少子推动少子（ P区中的区中的电子、电子、N区中的空穴）区中的空穴） 的的漂移运动。漂移运动。归纳归纳 外电场外电场IFPN+ 二、二、PN 结的单向导电性结的单向导电性+IR PN结的单向导电性结的单向导电性正向特性正向特性反向特性反向特性归纳归纳P（+），），N（-），外电场削弱内电场，结导通，），外电场削弱内电场，结导通，I正正大；大；I 的大小与外加电压有关；的大小与外加电压有关；P（-），），N（+），外电场增强内电场，结不通，），外电场增强内电场，结不通，I反反很小；很小；I反反的大小与少子的数量有关，与温度有关；的大小与少子的数
10、量有关，与温度有关； PN结结呈现低电阻，称为呈现低电阻，称为“正向导通正向导通” PN结结呈现高电阻，称为呈现高电阻，称为“反向截止反向截止” 扩散运动扩散运动 漂移运动漂移运动 扩散运动扩散运动 漂移运动漂移运动小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管稳压稳压二极管二极管发光发光二极管二极管 + 引线引线 + 封装封装 = 二极管二极管 阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线
