电路与电子学第四章

电路与电子学

长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

第四章 半导体二极管、 三极管和场效应管

电路与电子学

本章重点和考点：长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

1.二极管的单向导电性、二极管的简单应用， 稳压管的原理。 2.三极管的电流放大原理，三极管工作状态的 判别，三极管的管型 、管脚和管材的判别。 3.场效应管的分类、工作原理和特性曲线。

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4.1

PN结

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4.1 PN结

1、什么是半导体长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

绝缘体<导电能力<导体

2、半导体的特点热敏性： T 导电能力光敏性： 光照 导电能力 掺杂后： 导电能力

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4.1 PN结

3. 本征半导体纯净半导体被称为本征半导体。长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

典型的半导体是硅Si和锗Ge,它们都是4价元素。

si

Ge Ge

+4 +4

硅原子

锗原子第 1-5 页

硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子。前一页 下一页 退出本章

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4.1 PN结

1)本征半导体的共价键结构长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

+4

+4

+4

+4

+4

+4

在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键紧 紧束缚在共价键中，不会成 为自由电子 因此本征半导体的导 电能力很弱，接近绝缘体

+4

+4

+4

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2)、本征激发长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

T

当温度升高或受到光的照 射时，束缚电子能量增高 ，有的电子可以挣脱原子+4空穴 +4

+4

+4自由电子

核的束缚，而参与导电，成为自由电子。 自由电子产生的同时，在

+4

+4

其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。

+4

+4

+4

这种现象就称为本征激发前一页 下一页 退出本章

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4.1 PN结

说明：长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

1) 由本征激发产生的自由电子——空穴对很少 2)本征激发受温度的影响很大，温度每上升10 度，自由电子——空穴的数目增大一倍。

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4、两种载流子长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

载流子：运载电流的粒子+4 空穴 +4 +4 +4 +4

自由电子 +4

+4

+4

+4

两种载流子

自由电子 空穴

带负电荷 带正电荷第 1-9 页 前一页

电子流 空穴流下一页

总电流退出本章

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5、复合长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

自由电子失去能量又与共价键中的空穴结合

当本征激发和复合达到动态平衡时，自由电子 与空穴就维持在某一浓度。

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4.1 PN结

小结：长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

1、半导体材料中，自由电子和空穴都是载流子 2、在本征半导体中本征激发产生的电子——空 穴对很少，因而电路中产生的电流很小，但对温 度敏感。 3、本征半导体中同时存在两种导电现象，电子 导电和空穴导电，流过外电路的电流为电子电流 +空穴电流：I = IN + IP第 1-11 页 前一页 下一页 退出本章

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4.1 PN结

长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体。 1、N型半导体 1) 构成在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为N 型半导体。+4 +4 +4

+4

+4

+4

掺入五价 原子占据Si 原子位置共价键

在 室 温 下 就可以激发 成自由电子

+4

+4

+4

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4.1 PN结

2)多子与少子长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

电子空穴对

自由电子

多数载流子——自由电子， 主要由掺杂产生。

N型半导体 + + + + + + + + + + +

少数载流子—— 空穴， 由本征激发产生。

+

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4.1 PN结

2、P型半导体在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

硅原子

+4空穴

+4

+4

电子空穴对 P型半导体 - - - - - - - - -

空穴

+4硼原子

+3

+4

- -

-

+4

+4

+4

多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子第 1-14 页 前一页 下一页 退出本章

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4.1 PN结

杂质半导体的示意图多子—空穴长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

多子—电子

P型半导体 - - - 少子—电子

N型半导体- - -

-- -

-- -

+

+

+ + +

+

++

++

+ +

少子—空穴 少子浓度——与温度有关 多子浓度——与温度无关，取决于掺杂浓度第 1-15 页 前一页 下一页 退出本章

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4.1 PN结

1 . PN结的形成长 沙 理 工 大 学 计 算 机 通 信 工 程 学 院 制 作

P型半导体 - - - - - - - - - - - - + + +

N型半导体 + + + + + + + + +

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