重庆大学半导体器件电路与电子技术讲稿

第七章

半导体器件

半导体基本知识 半导体二极管 半导体三极管

半导体基本知识 本征半导体 杂质半导体 PN结及其单向导电性

本征半导体 半导体 本征半导体 本征半导体的导电性能

半导体导电能力介于导体和绝缘体之间 的材料称为半导体。如硅(Si)和锗 (Ge)。共同特征：四价元素，每个原 子最外层电子数为 4。

+Si

+Ge

半导体材料的特性 纯净半导体的导电能力很差； 掺杂性——掺入少量杂质导电能力增强。 热敏性——温度升高导电能力增强； 光敏性——光照增强导电能力增强,还可以 产生电动势；

本征半导体经过高度提纯的单一晶格结构的硅 或锗原子构成的晶体，或者说，完全纯 净、具有晶体结构的半导体称为本征半 导体。本征半导体的特点： 原子核最外层的价电子是 四个，四价元素，它们排 列成非常整齐的晶格结构。 所以半导体又称为晶体。

本征半导体的导电性能 价电子与共价键 自由电子与空穴 电子电流与空穴电流

价电子与共价键 在本征半导体的晶体结 构中，每一个原子与相 邻的四个原子结合。每 一原子的—个价电子与 另一原子的一个价电子 组成一个电子对。这对 价电子是每两个相邻原 子共有的，它们把相邻 的原子结合在一起，构 成所谓共价键的结构。共价键

价电子受到激发， 形成自由电子并留 下空穴。自由电子和空穴 同时产生

价电子

硅原子

空穴

半导体中的自由电 子和空穴都能参与 导电——半导体具 有两种载流子。

共价键

自由电子与空穴产生与复合 在价电子成为自由电子 的同时，在它原来的位 置上就出现一个空位， 称为空穴。空穴表示该 位置缺少一个电子，丢 失电子的原子显正电， 称为正离子。 自由电子又可以回到空 穴的位置上，使离子恢 复中性，这个过程叫复 合。 价电子 硅原子

Si Si Si

Si

Si

共价键

杂质半导体 本征半导体虽然有自由电子和空穴 两种载流子，但由于数目极少导电 能力仍然很低。如果在其中掺入微 量的杂质(某种元素),这将使掺杂 后的半导体(杂质半导体)的导电性 能大大增强 N型半导体 P型半导体

N型半导体在硅或锗晶体中渗入少量磷(或其它五 价元素)。每个磷原子有五个价电子故在构 成共价键结构时将因多出一个价电子，半 导体中多出的该价电子容易挣脱束缚形成 自由电子。以自由电子导电作为主要导电 方式的半导体称为电子型半导体或N型半 导体。Ge Si + P =N型

+P

Si Si P Si

Si Si Si 多余 电子

特点

在N型半导体中电子是多数载流子、空穴是少数载 流子。

P型半导体 在

硅或锗晶体中渗入硼(或其它三价 元素)。构成共价键结构时将因缺少 一个电子，形成大量空穴。空穴导电 作为主要导电方式的半导体称为空穴 半导体或P型半导体。GeSi

+

B

=P型

+B

Si Si B Si

Si Si

Si

空穴

空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，这种半导体称为 空穴型半导体或P型半导体一般情况下，掺杂半导体中多数载流子的数量可达到少数 载流子的1010倍或更多，电子载流子数目将增加几十万倍。

PN结及其单向导电性 PN结的形成 PN结的单向导电性