《N結的單向導電性》PPT課件

1、半導體的基礎知識-PN結原理一、半導體概念導體：自然界中很容易導電的物質稱為導 體， 金屬一般都是導體。絕緣體：有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體， 如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導體：另有一類物質的導電特性處于導體和絕 緣體之間，稱為半導體， 如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。1精選PPT二、半導體的導電機理半導體的導電機理不同于其它物質，所以它具有不同于其它物質的特點。例如：1.摻雜性 往純凈的半導體中摻入某些雜質，會使它的導電能力明顯改變。2.熱敏性和光敏性 當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。2精選PPT三、 本征半導體（純凈和具有晶體結構的半導體）1、本征半導體的結構特點

2、現(xiàn)代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。GeSi3精選PPT+4+4+4+4+4+4+4+4+4 完全純凈的、不含其他雜質且具有晶體結構的半導體稱為本征半導體 將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結構為共價鍵結構。價電子共價鍵圖 1.1.1本征半導體結構示意圖2、本征半導體的晶體結構當溫度 T = 0 K 時，半導體不導電，如同絕緣體。4精選PPT+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖 1.1.2本征半導體中的 自由電子和空穴自由電子空穴 若 T ，將有少數(shù)價電子克服共價鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價鍵中留下一個空位空穴。T 自由電子和空穴使本征半導體

3、具有導電能力，但很微弱?？昭煽闯蓭д姷妮d流子。3、本征半導體中的兩種載流子（動畫1-1）（動畫1-2）5精選PPT4、本征半導體的導電機理本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。本征半導體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動產(chǎn)生的電流。 本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。 溫度越高，載流子的濃度越高,因此本征半導體的導電能力越強，溫度是影響半導體性能的一個重要的外部因素，這是半導體的一大特點。6精選PPT四、 雜質半導體在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。 雜

4、質半導體有兩種N 型半導體P 型半導體7精選PPT1、 N 型半導體(Negative)在硅或鍺的晶體中摻入少量的 5 價雜質元素，如磷、銻、砷等，即構成 N 型半導體(或稱電子型半導體)。自由電子濃度遠大于空穴的濃度電子稱為多數(shù)載流子(簡稱多子)，空穴稱為少數(shù)載流子(簡稱少子)。(本征半導體摻入 5 價元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質原子代替。雜質原子最外層有 5 個價電子，其中 4 個與硅構成共價鍵，多余一個電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。)8精選PPT2、 P 型半導體在硅或鍺的晶體中摻入少量的 3 價雜質元素，如硼、鎵、銦等，即構成 P 型半導體(或稱空穴型半導

5、體）?？昭舛榷嘤谧杂呻娮訚舛瓤昭槎鄶?shù)載流子(簡稱多子）， 電子為少數(shù)載流子(簡稱少子)。+3(本征半導體摻入 3 價元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質原子代替。雜質原子最外層有 3 個價電子，3與硅構成共價鍵，多余一個空穴。)9精選PPT說明：1. 摻入雜質的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。3. 雜質半導體總體上保持電中性。 4. 雜質半導體的表示方法如下圖所示。2. 雜質半導體載流子的數(shù)目要遠遠高于本征半導體，因而其導電能力大大改善。(a)N 型半導體(b) P 型半導體圖 雜質半導體的的簡化表示法10精選PPT 在一塊半導體單晶上一側摻雜成為 P 型半導體，另一側

6、摻雜成為 N 型半導體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層，稱為 PN 結。 PNPN結圖 PN 結的形成一、PN 結的形成1.2PN結11精選PPT PN 結中載流子的運動耗盡層空間電荷區(qū)PN1. 擴散運動2. 擴散運動形成空間電荷區(qū)電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴散運動。 PN 結，耗盡層。PN （動畫1-3）12精選PPT3. 空間電荷區(qū)產(chǎn)生內電場PN空間電荷區(qū)內電場Uho空間電荷區(qū)正負離子之間電位差 Uho 內電場； 內電場阻止多子的擴散 阻擋層。4. 漂移運動內電場有利于少子運動漂移。 少子的運動與多子運動方向相反 阻擋層13精選PPT5. 擴散與漂移的動態(tài)平衡擴散運動使空間電

7、荷區(qū)增大，擴散電流逐漸減小；隨著內電場的增強，漂移運動逐漸增加；當擴散電流與漂移電流相等時，PN 結總的電流等于零，空間電荷區(qū)的寬度達到穩(wěn)定。即擴散運動與漂移運動達到動態(tài)平衡時，形成PN結。PNPN結14精選PPT二、 PN 結的單向導電性1. PN結 外加正向電壓時處于導通狀態(tài)又稱正向偏置，簡稱正偏。外電場方向內電場方向耗盡層VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴散運動，電路中有較大的正向電流。圖 1.1.6PN什么是PN結的單向導電性？有什么作用？15精選PPT在 PN 結加上一個很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流，為防止電流過大，可接入電阻 R。2. PN 結外加反向電壓時處于截止狀態(tài)(反偏

8、)反向接法時，外電場與內電場的方向一致，增強了內電場的作用；外電場使空間電荷區(qū)變寬；不利于擴散運動，有利于漂移運動，漂移電流大于擴散電流，電路中產(chǎn)生反向電流 I ；由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。16精選PPT耗盡層圖 1.1.7PN 結加反向電壓時截止 反向電流又稱反向飽和電流。對溫度十分敏感，隨著溫度升高， IS 將急劇增大。PN外電場方向內電場方向VRIS17精選PPT3、結論加正向電壓（正偏）電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)(2) 加反向電壓（反偏）電源正極接N區(qū)，負極接P區(qū) PN結加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結導通； PN結加反向電壓時，具有很小的反

9、向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結截止 由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。18精選PPT3半導體的導電能力隨溫度升高而_，金屬導體的電阻率隨溫度升高而_。 A降低降低 B降低升高 C升高降低 D升高升高1用于制造半導體器件的半導體材料是_。 A磷 B硅 C銦 D鍺B、D2在純凈半導體中摻入3價元素形成的是_型半導體。 AP BN CPN D電子導電AD4半導體的載流子隨溫度升高而_，也就是說半導體的導電性能隨溫度升高而_。 A減小增強 B減小減弱 C增加減弱 D增加增強D課堂鞏固練習19精選PPT7P型半導體中的多數(shù)載流子是_。 A電子 B空穴 C電荷 D電流5半導體的導電能力在不同條件下

10、有很大差別，若_導電能力會減弱 A摻雜非金屬元素 B增大光照 C降低環(huán)境溫度 D摻雜金屬元素C6在PN結的兩端通過一塊電流表短接，回路中無其它電源，當用光照射該半導體時，電流表的讀數(shù)是_。 A增大 B減小 C為零 D視光照強度而定B8N型半導體中的多數(shù)載流子是_。 A自由電子 B空穴 C電荷 D電流AC9在晶體硅、鍺中，參于導電的是_。 A離子 B自由電子 C空穴 DB和CD20精選PPT10在半導體兩端加上外電壓時，半導體中出現(xiàn)的電流是_。 A自由電子電流 B空穴電流 C離子電流 DA和BD 11關于P型、N型半導體內參與導電的粒子，下列說法正確的是_。 A無論是P型還是N型半導體，參與導電的都是自由電子和空穴 BP型半導體中只有空穴導電 CN型半導體中只有自由電子參與導電 D在半導體中有自由電子、空穴、離子參與導電A 12N型半導體中，主要靠_導電，_是少數(shù)載流子。 A空穴空穴 B空穴自由電子 C自由電子空穴 D自由電子自由電子C21精選PPT13P型半導體中，主要靠_導電，_是少數(shù)載流子 A空穴空穴 B空穴自由電子 C自由