第二章半導(dǎo)體二極管及其基本電路2.1半導(dǎo)體的基本知識2.2PN結(jié)的形成及特性2.3半導(dǎo)體二極管2.4二極管基本電路及其分析方法2.5特殊二極管第二章半導(dǎo)體二極管及其基本電路2.1半導(dǎo)體的基本知識22.1半導(dǎo)體的基本知識

自然界的物體根據(jù)其導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，可劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如硅、鍺、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。2.1半導(dǎo)體的基本知識自然界的物體根據(jù)其導(dǎo)電能力(半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：

當受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。

往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。2.1半導(dǎo)體的基本知識本征半導(dǎo)體：完全純凈的(純度高達99.9999999%以上)、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特一、本征半導(dǎo)體1.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點GeSi現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。一、本征半導(dǎo)體1.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點GeSi現(xiàn)代電子學(xué)中，共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子硅和鍺晶體模型1.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+41.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為0，相當于絕緣體。

常溫下或當外界給半導(dǎo)體施加能量時，一些共價鍵中的電子會脫離共價鍵的束縛成為自由電子，而在原來的位置上產(chǎn)生一個空穴(hole)。這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結(jié)果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。電子帶負電，空穴帶正電，半導(dǎo)體有自由電子和空穴兩種載流子。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理+4+4+4+4在其它力的作用下，空兩種載流子——演示兩種載流子——演示溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)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。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫電子空穴對產(chǎn)生：由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的。復(fù)合：在運動中的自由電子如果“跳進”空穴，重新被共價鍵束縛起來，電子和空穴成對消失，這個過程稱為復(fù)合本征半導(dǎo)體電子濃度ni

和空穴濃度pi

相等，且隨溫度的增高而增大。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理電子空穴對產(chǎn)生：由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素，如磷、砷等，就會構(gòu)成N型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體：在硅或鍺的晶體中摻入少量的三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等，就會構(gòu)成P型半導(dǎo)體。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為1.N型半導(dǎo)體

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)。在N型半導(dǎo)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。

因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)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。+4+4+5+4多余電子磷原子1.N型半導(dǎo)體提供自由電子的五價雜質(zhì)原2.P型半導(dǎo)體

在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子；自由電子是少數(shù)載流子。

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。

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)。+4+4+3+4空穴硼原子2.P型半導(dǎo)體在P型半導(dǎo)體中，空穴3.雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質(zhì)濃度相等。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－三、兩種導(dǎo)電機理—漂移和擴散漂移與漂移電流在外加電場的作用下，載流子產(chǎn)生的定向運動稱為漂移運動。由它產(chǎn)生的電流稱為漂移電流。＋－VI電場E擴散與擴散電流載流子濃度分布的不均勻引起的定向運動稱為擴散運動。相應(yīng)產(chǎn)生的電流稱為擴散電流。三、兩種導(dǎo)電機理—漂移和擴散漂移與漂移電流＋－小結(jié)1.半導(dǎo)體是依靠自由電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的。2.摻入不同雜質(zhì)，形成N型和P型兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體：多子是自由電子，少子是空穴；

P型半導(dǎo)體：多子是空穴，少子是自由電子。3.半導(dǎo)體有兩種導(dǎo)電方式：電場作用下產(chǎn)生的漂移電流；