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1、半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。如硅、锗、硒、及多数金属氧化物和硫化物。半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变 (二极管、三极管和晶闸管等）。二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：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 (如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强第1页/共15
2、页 最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素，即每个原子最外层电子数为4个。+Si(硅原子)Ge(锗原子)硅原子和锗原子的简化模型图SiSi+4+4GeGe+4+4因为原子呈电中性，所以简化模型图中的原子核只用带圈的+4符号表示即可。9.1 半导体的导电特性本征半导体 第2页/共15页 最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素，即每个原子最外层电子数为4个。+Si(硅原子)Ge(锗原子)硅原子和锗原子的简化模型图SiSi+4+4GeGe+4+4因为原子呈电中性，所以简化模型图中的原子核只用带圈的+4符号表示即可。9.1 半导体的导电特性本征半导体
3、 第3页/共15页9.1 半导体的导电特性完全纯净的、具有晶体结构的半导体。本征半导体 自由电子空穴共价键SiSiSiSi本征半导体中自由电子和空穴的形成在获得一定能量(热、光等)后，少量价电子即可挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中就留下一个空位，称为空穴。实际上半导体的晶格结构是三维的。第4页/共15页 Si Si Si Si价电子自由电子自由电子-带负电带负电空穴空穴-带正电带正电本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴 温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补
4、，而在该原子中出现在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。第5页/共15页 自自由由电电子子和和空空穴穴都都称称为为载载流流子子。可见在半导体中有自由电子和空穴都能参与导电。空穴移动方向 电子移动方向 外电场方向外电场方向SiSiSiSiSiSiSi当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 ：(1)(1)自由电子作定向自由电子作定向运动运动 电子电流电子电流(2)(2)价电子递补空穴价电子递补空
5、穴 空穴电流空穴电流自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。第6页/共15页注意：注意：(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。所以，所以，温度对半导体器件性能影响很大。温度对半导体器件性能影响很大。SiSiSiSiSi
6、SiSi如果在其中参入微量的杂质(某种元素)将使其导电能力大大增强。第7页/共15页型半导体和 P 型半导体1.N 型半导体多余的价电子很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为 N 型半导体。SiSiSiSiSiSiSiP多余价电子 在在N N 型半导体中型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。少数载流子。掺入五价元素掺入五价元素第8页/共15页2.P 型半导体 空穴的数量大大增加，成为多数载流子，电子是少数载流子，将这种半导体称为 P 型半导体。SiSiSiSiSiSiSiB空位
7、B空穴价电子填补空位 在在 P P 型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，自由电子空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。是少数载流子。掺入三价元素掺入三价元素第9页/共15页 杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它们并不能称为半导体器件。在电子技术中，PN结是一切半导体器件的“元概念”和技术起始点。在一块晶片的两端分别注入三价元素硼和五价元素磷+P P区区N N区区空间电荷区内电场结及其单向导电性1.PN 结的形成 内电场越强，漂移运动越强，内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。第10页/共15页动画演示第11页/共15页2.PN结的单向导电性 PN结正向偏置时的情况第12页/共15页 PN结反向偏置时的情况第13页/共15页能否说出PN结有何特性？半导体的导电机理与金属导体有何不同？什么是本征激发？什么是复合？少数载流子和多数载流子是如何产生的？试述雪崩击穿和齐纳击穿的特点。这两种击穿能否造成PN结的永久损坏？空间电荷区的电阻率为什么很 高？第14页/共15页感谢您的观看。第15页/共15页