本章讨论的主要问题： 1. 半导体器件如何构成？有哪些特性？ 2. 二极管有哪些特性和主要参数？ 3. 二极管电路的应用和分析方法？ 4. 有哪些特殊的二极管？它们有哪些特性？本章教学要求： 1. 了解半导体材料的基本结构和PN结的形成 2. 掌握PN结的特性 3. 掌握二极管的特性及其应用3.1 半导体的基本知识3.2 PN结的形成及特性3.3 半导体二极管3.4 二极管基本电路及其分析方法3.5 特殊二极管3.1 半导体的基本知识3.1.1 半导体材料3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体3.1.4 杂质半导体3.1.1 半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体有硅Si和锗Ge (元素周期表中位置)以及砷化镓GaAs等。价电子指原子核外电子中能与其他原子相互作用形成化学键的电子。3.1.2 半导体的共价键结构硅晶体的空间排列3.1.2 半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构3.1.3 本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单 晶体形态。 空穴——共价键中的空位。 电子空穴对——由热激发而 产生的自由电子和空穴对。
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。3.1.4 杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质 主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体 称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的 半导体。 P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的 半导体。3.1.4 杂质半导体1. P型半导体因三价杂质原子 在与硅原子形成共价 键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下 一个空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成； 自由电子是少数载流子， 由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。3.1.4 杂质半导体2. N型半导体因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而 多余的一个价电子因无 共价键束缚而很容易形 成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原 子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。3.1.4 杂质半导体3. 杂质对半导体导电性的影响 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影 响，一些典型的数据如下:1 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n = p =1.4×1010/cm32 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm33 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
本节中的有关概念? 本征半导体、杂质半导体? 施主杂质、受主杂质 ? N型半导体、P型半导体? 自由电子、空穴? 多数载流子、少数载流子end3.2 PN结的形成及特性3.2.1 载流子的漂移与扩散3.2.2 PN结的形成 3.2.3 PN结的单向导电性 3.2.4 PN结的反向击穿 3.2.5 PN结的电容效应3.2.1 载流子的漂移与扩散漂移运动：在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散 运动。3.2.2 PN结的形成3.2.2 PN结的形成在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质, 分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半 导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程: 因浓度差 ? 多子的扩散运动? 由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最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。对于P型半导体和N型半导体结合面，离 子薄层形成的空间电荷区称为PN结。 在空间电荷区，由于缺少多子（扩散至 对方并复合掉了），所以也称耗尽层。3.2.3 PN结的单向导电性当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加 正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。
