1、1 半导体基础知识1.1 半导体材料 1.2 PN结的形成及单向导电性 教学基本要求：1、 何为半导体？半导体有什么特点？2、 何为 PN结？ PN结的单向导电性是如何实现的？这一 特性有几种描述方法？3、 半导体导电能力是否可控？有几种实现方法？武汉大学 电气工程学院 YTZ1.3 双 PN结的作用模拟电子技术1.1 半导体1.何为 半导体 ？就是 导电能力 介于 导体 和 绝缘体 之间的某个物体称为 半导体。导体 铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。绝缘体 惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度
2、才可能导电。半导体 硅 14（ Si）、锗 32（ Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。武汉大学 电气工程学院 YTZ模拟电子技术武汉大学 电气工程学院 YTZ硅、锗的原子结构模型 原子结构简化模型物体在外电场的作用下，能够移动的 自由电子 越多导电能力越强；移动中所受阻力越小导电能力越强。物体的导电能力与电子层数和最外层电子数有关，从硅和锗的原子结构看，刚好都属于半导体。要构成二极管、三极管等元件首先要将半导体材料处理成 -本征半导体 。模拟电子技术无杂质 稳定的结构本征半导体是 纯净 的、 晶体结构 的半导体。其导电能力相当于绝缘体。由于热运动，
3、具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为 自由电子 ，这一过程称 热激发 。自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为 空穴。共价键自由电子与空穴相碰同时消失，称为 复合 。温度不变时，热激发和复合进入动态平衡。武汉大学 电气工程学院 YTZ2. 本征 半导体模拟电子技术电子空穴对是随机出现的，其位置不固定。运载电荷的粒子称为 载流子。本征半导体中的两种载流子武汉大学 电气工程学院 YTZ本征半导体中的 自由电子 浓度 ni和 空穴 浓度 pi总是相等的 ni = pi一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。模拟电子技
4、术由于 室温下， 3.421012个硅原子中才有一个电子空穴对， 载流子数目很少，本征半导体基本特性 不导电 。为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？两种载流子均可形成电流武汉大学 电气工程学院 YTZ外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。 总电流？绝对温度 0K时， 本征半导体不导电。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，绝缘性能变差。模拟电子技术是为获得 N、 P型杂质半导体。磷（ P）施主杂质 N型杂质半导体主要靠多子自由电子导电。掺入杂质越多，自由电子浓度越高，导电性越强。多数载流子在 N型杂质半导体中， 空穴 的数目 比未加杂质时的数目多了？少了
5、？N型半导体武汉大学 电气工程学院 YTZ施主原子 浓 度 ND ，少数 载 流子 浓 度 p ， 则 多数载流子的浓度n = p + ND杂质半导体的导电能力具有人为 可控性 。 -改变掺杂浓度3. 杂质半导体模拟电子技术硼（ B） 受主杂质 多数载流子P型半导体主要靠多子空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子和多子浓度的变化相同吗？P型半导体武汉大学 电气工程学院 YTZ受主原子 浓 度 NA ，少数 载 流子 浓 度 n ， 则 多数载流子的浓度p = n + NApn = pi ni = pi2
6、 = ni 2 模拟电子技术一组典型数据如下 :T=300 K室温下 ,本征硅的电子和空穴浓度 : (绝缘性降低 ) n = p =1.41010/cm32本征硅的原子浓度 : 4.961022/cm3 (绝缘体 ) 13 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度 : (重回半导体 ) n=51016/cm3杂 质对本征半导体导电性的影响武汉大学 电气工程学院 YTZ以上三个浓度基本上依次相差 106/cm3 ， 掺入杂 质对本征半导体的 导电性 有很大的影响（导电能力相差 106）。半导体 本征半导体 杂质半导体 PN结1.2 PN结1、 物质因浓度差而产生的运动称为 扩散运动 。气体、液体、固体均有之。扩散运动扩散运动 使靠近接触面 P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，形成空间电荷区即 内电场 ，内电场的出现将阻止扩散运动的进行。 -电场力 =扩散力 静态平衡武汉大学 电气工程学院 YTZ模拟电子技术1.2.1 PN结的形成
