电工学第六章课件.ppt

6-1-2 N型半导体和 P 型半导体 6-1-2 N型半导体和 P 型半导体 PN结的形成：将P型半导体和N型半导体按特定工艺结合 （三） 主要参数 3. 主要参数 2009 年 12月 第六章 整流、滤波及稳压电路 半导体的导电特性 6-1 半导体二极管 6-2 稳压管 6-3 本章内容 整流、滤波及其稳压电路 6-4 1. PN结的单向导电性 3. 稳压二极管管的稳压原理 重点： 2. 二极管的伏安特性 4. 二极管的整流、滤波电路工作原理 6-1 半导体的导电特性 知识准备： 物质按导电性能划分：导体、绝缘体和半导体。 导体：一般是低价元素，如铜、铁、铝等金属 最外层电子受原子核的束缚能力比较小，容易挣脱原子核的束缚成为自由电子。 在外电场的作用下自由电子定向流动形成了电流。 导体具有较好的导电性。 绝缘体：如橡胶、塑料、惰性气体 最外层电子受原子核的束缚能力较强，不容易挣脱原子核的束缚成为自由电子。 绝缘体导电性差。 6-1 半导体的导电特性 6-1-1 本征半导体 1、半导体导电特性 半导体：导电性 介于导体和绝缘体之间。典型半导体材料:硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 2 本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。 晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价健结构 共价健 Si Si Si Si 价电子 共价键中的两个电子，称为价电子。 Si Si Si Si 价电子 价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。 本征半导体的导电机理 这一现象称为本征激发。 空穴 温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。 自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。 本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 (1)自由电子作定向运动 ?电子电流 (2)价电子递补空穴 ?空穴电流 注意： (1) 常温下本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。 自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。 掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。 掺入五价元素 Si Si Si Si p+ 多余电子 磷原子 在常温下即可变为自由电子 失去一个电子变为正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。 在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。 掺入三价元素 Si Si Si Si 在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。 B– 硼原子 接受一个电子变为负离子 空穴 无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。 多子的扩散运动 内电场 少子的漂移运动 浓度差 P 型半导体 N 型半导体 内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。 扩散的结果使空间电荷区变宽。 空间电荷区称为 PN 结 扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。 － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + － － － － － － － － 形成空间电荷区 注：PN结的结电容很小 （三）PN结 2、PN结的特性 （1）PN结外加正向电压 flash2 PN结正偏 PN结正向导通 外电场与内电场方向相反 有利于扩散进行 扩散飘移 PN结变窄 外部电源不断