2022-2023學年高二物理競賽課件：半導體二極管及其基本電路

1半導體二極管及其基本電路半導體的基本知識PN結(jié)的形成及特性21器件物理級3結(jié)構(gòu)級4系統(tǒng)級2晶體管級電路分析與設計的抽象級別從器件的內(nèi)部電場和電荷傳輸方面考慮分立器件的行為。根據(jù)器件的電特性研究一組器件間的相互作用。作為一個單元來研究幾個組成塊的功能。從組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)方面研究該系統(tǒng)的性能。3半導體的基本知識半導體材料半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)本征半導體雜質(zhì)半導體4半導體材料

根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。5半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅晶體的空間排列6半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)7本征半導體本征半導體——化學成分純凈的半導體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)?？昭ā矁r鍵中的空位。電子空穴對——由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對。8本征半導體空穴的移動——空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次填充空穴來實現(xiàn)的。9雜質(zhì)半導體

在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導體稱為雜質(zhì)半導體。

N型半導體——摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導體。

P型半導體——摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導體。10

1.P型半導體

因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。

空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。11

2.N型半導體

因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。

在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。12

摻入雜質(zhì)對本征半導體的導電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3

。

2摻雜后N型半導體中的自由電子濃度: