第一章半导体器件(6学时) 绪 论 电子技术是一门发展迅速的基础科学,他已经深入到了生产和生活的各 个方面,尤其是计算机的出现,使电子技术在通讯,自控、医疗、航天等自然 科学和人文科学的各个领域,可以说无处不在,一些领域如果离开了电子技术, 将寸步难行。 电子技术的主要部分是电子线路,它由电子元件和电子器件组成,像电容、电 阻、变压器和开关等叫电子元件,二极管、三极管等角电子器件。要搞清楚电 子线路的功能和用途我们必须从组成电子线路的元器件入手,逐步深入的学 第一节 物质的导电性 物质的导电的类型 1.导体:能够导电的物质叫导体,如铜铁等 2.绝缘体:不能导电的物质叫绝缘体,如塑料,橡胶,木头等 3.半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质,生活中见 的较少,但却用得很多,如硅,锗,砷化钾等,它不是导体,也 不是绝缘体,他有些情况下导电,有些情况下不导电 二导电的机理 为什麽会出现有些物质导电,有些不导电,而有些物质有时导电有 时不导电?这须从原子结构说起
1 1 S i G e 第一章 半导体器件（6 学时） 绪 论 电子技术是一门发展迅速的基础科学，他已经深入到了生产和生活的各 个方面，尤其是计算机的出现，使电子技术在通讯，自控、医疗、航天等自然 科学和人文科学的各个领域，可以说无处不在，一些领域如果离开了电子技术， 将寸步难行。 电子技术的主要部分是电子线路，它由电子元件和电子器件组成，像电容、电 阻、变压器和开关等叫电子元件，二极管、三极管等角电子器件。要搞清楚电 子线路的功能和用途我们必须从组成电子线路的元器件入手，逐步深入的学 习。 第一节 物质的导电性 一 物质的导电的类型： 1. 导体：能够导电的物质叫导体，如铜铁等 2. 绝缘体：不能导电的物质叫绝缘体，如塑料，橡胶，木头等 3. 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质，生活中见 的较少，但却用得很多，如硅，锗，砷化钾等，它不是导体，也 不是绝缘体，他有些情况下导电，有些情况下不导电。 二 导电的机理 为什麽会出现有些物质导电，有些不导电，而有些物质有时导电有 时不导电？这须从原子结构说起。 Ge si
2 物质是由原子构成的,而原子是由原子核和核外电子组成,原子核 对核外电子有吸引力,核外电子围绕原子核运动,如果核外电子数较多时 电子在外层按照一定的规律分层排列,除最外层电子外,原子核对内层电 子引力较强,最外层电子由于在化学反应中能形成化学键,所以我们叫他 价电子,物质的稳定性主要取决于价电子,对于导体而言,最外层的价电 子受原子核的吸引力很弱,这些价电子在电场力的作用下,就会逆着电场 力的方向运动形成电流,所以这种物质就导电,如果原子核对价电子吸引 力很强,那价电子只在原子核周围运动,即使电场力很强,价电子也不会 在电场力的作用下运动形成电流,所以不导电,就是绝缘体,对有些物质, 原子核对外层电子吸引力很强,一般情况下,这些物质的价电子不能在电 场力的作用下形成电流,这是物质呈绝缘体的性质,但当物质的价电子获 得能量以后就会摆脱原子核的束缚,这种情况下,就会在电场力的作用下 形成电流,这时,这种物质呈导体的性质,像这种有些情况下呈导体性质 有些情况下成绝缘体性质的物质就是半导体。 综上所述,我们可以看出,物质导电的原因是物质的价电子能够自 由移动,也就是说,物质要导电,物质内部必须有可自由移动的电子,没 有自由移动的电子,物质就不导电。 第二节 半导体及其特性 半导体的特性(1学时 上一节讲过,半导体的最外层电子,如果获得能量,就会 摆脱原子核的束缚成为自由电子,半导体就会导电,价电子获 得能量的方法又有两种,一种是给半导体加热,给半导体加热 后半导体的导电性能会增强,这种特性叫半导体的热敏性。另 种方法是光照,我们知道,光具有能量,当光照射到半导体 上时,价电子也可获得能量,而成为自由电子,半导体呈导体 的特性,这种特性叫半导体的光敏性 1.光敏性:光照的情况下,半导体的导电性能增强 2.热敏性:。。。 我们所讲的半导体是指半导体的晶体,非晶体的半导体原子构成的物
2 2 物质是由原子构成的，而原子是由原子核和核外电子组成，原子核 对核外电子有吸引力，核外电子围绕原子核运动，如果核外电子数较多时 电子在外层按照一定的规律分层排列，除最外层电子外，原子核对内层电 子引力较强，最外层电子由于在化学反应中能形成化学键，所以我们叫他 价电子，物质的稳定性主要取决于价电子，对于导体而言，最外层的价电 子受原子核的吸引力很弱，这些价电子在电场力的作用下，就会逆着电场 力的方向运动形成电流，所以这种物质就导电，如果原子核对价电子吸引 力很强，那价电子只在原子核周围运动，即使电场力很强，价电子也不会 在电场力的作用下运动形成电流，所以不导电，就是绝缘体，对有些物质， 原子核对外层电子吸引力很强，一般情况下，这些物质的价电子不能在电 场力的作用下形成电流，这是物质呈绝缘体的性质，但当物质的价电子获 得能量以后就会摆脱原子核的束缚，这种情况下，就会在电场力的作用下 形成电流，这时，这种物质呈导体的性质，像这种有些情况下呈导体性质 有些情况下成绝缘体性质的物质就是半导体。 综上所述，我们可以看出，物质导电的原因是物质的价电子能够自 由移动，也就是说，物质要导电，物质内部必须有可自由移动的电子，没 有自由移动的电子，物质就不导电。 第二节 半导体及其特性 一 半导体的特性 （1 学时） 上一节讲过，半导体的最外层电子，如果获得能量，就会 摆脱原子核的束缚成为自由电子，半导体就会导电，价电子获 得能量的方法又有两种，一种是给半导体加热，给半导体加热 后半导体的导电性能会增强，这种特性叫半导体的热敏性。另 一种方法是光照，我们知道，光具有能量，当光照射到半导体 上时，价电子也可获得能量，而成为自由电子，半导体呈导体 的特性，这种特性叫半导体的光敏性。 1. 光敏性：光照的情况下，半导体的导电性能增强 2. 热敏性：。。。。。。 我们所讲的半导体是指半导体的晶体，非晶体的半导体原子构成的物
质较多晶体,他不具有上述性质。 MACC 个入< 本征半导体 由于我们所说的半导体是半导体晶体,那什麽是晶体,晶体就构成物质 的原子,有规律的排列,每一个硅原子周围有四个硅原子,这四个硅原子处在 正四面体的四个顶点,这一个硅原子处在正四面体的中心,中心位置的硅原子 提供一个电子,其他四个硅原子各提供一个电子,这样,处在中心位置的这个 硅原子与周围的四个硅原子形成共价键,如上图所示。如果杂乱无章的排列 就不是晶体,对一个半导体晶体来说,如果里面没有杂质,而且原子排列整齐, 没有缺陷,这样的一块半导体就叫本征半导体。 这是一种理想状态的半导体,对于这样的一种半导体即使存在,也没有 使用价值,在我们的电子产品中,要用半导体按照人们的愿望和要求来导电, 需要对半导体的导电性能进行改变。通常的方法是掺杂质
3 3 质较多晶体，他不具有上述性质。 二 本征半导体 由于我们所说的半导体是半导体晶体，那什麽是晶体，晶体就构成物质 的原子，有规律的排列，每一个硅原子周围有四个硅原子，这四个硅原子处在 正四面体的四个顶点，这一个硅原子处在正四面体的中心，中心位置的硅原子 提供一个电子，其他四个硅原子各提供一个电子，这样，处在中心位置的这个 硅原子与周围的四个硅原子形成共价键，如上图所示。如果杂乱无章的排列， 就不是晶体，对一个半导体晶体来说，如果里面没有杂质，而且原子排列整齐， 没有缺陷，这样的一块半导体就叫本征半导体。 这是一种理想状态的半导体，对于这样的一种半导体即使存在，也没有 使用价值，在我们的电子产品中，要用半导体按照人们的愿望和要求来导电， 需要对半导体的导电性能进行改变。通常的方法是掺杂质。 +4 +4 +4 +4
空穴 4 < 4 4 1自由电子 束缚电子 三杂质半导体 参杂是有要求的,即参入五价的元素如磷元素,或者三价的元素入硼元 素,不是随意参入杂质。 当参入五价的磷元素以后,半导体中就有了可自由移动的电子,这种半 导体叫N型半导体,可见N型半导体中有可导电电子。 下面是示意图 入X入 多余电子 y 弹原子
4 4 三 杂质半导体 参杂是有要求的，即参入五价的元素如磷元素，或者三价的元素入硼元 素，不是随意参入杂质。 当参入五价的磷元素以后，半导体中就有了可自由移动的电子，这种半 导体叫 N 型半导体，可见 N 型半导体中有可导电电子。 下面是示意图 自由电子 空穴 束缚电子 多余电子 磷原子 + 4 + 4 + 5 + 4 +4 +4 +4 +4
当参入三价的硼元素以后,半导体中就有了可自由移动的空穴,这种半 导体叫P型半导体,可见P型半导体中有可导电空穴 四PN结(1学时) ○ 908880099990 899Olo9Q 99999ooq9??9 8999O099QQQ 1.PN结的形成 当P型半导体和N型半导体接触以后,由于P区的空穴多,空 穴就会向N区扩散,而N区的电子也会向P区扩散,与P区的 空穴中和,这样,在接触面的两侧,因N区一侧失去电子而带 正电,P区一测得到电子而带负电,这样,在接触面的两侧 就会形成一个N区一侧带正电P区一侧带负电的特殊的区域, 这个区域叫PN结,在N结所在的区域内,自由电子和空穴都 中和了,就没有了可自由移动的电子和空穴,所以,这个区域 不导电,又由于整体正负电荷相等,所以不显电性 2.N结特性 N结一侧带正电,另一侧带负电,在这个区域内,就会形成 个电场,这个电场在半导体内部,我们叫他内电场。当我们给
5 5 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 当参入三价的硼元素以后，半导体中就有了可自由移动的空穴，这种半 导体叫 P 型半导体，可见 P 型半导体中有可导电空穴。 四 PN 结（1 学时） 1. PN 结的形成 当 P 型半导体和 N 型半导体接触以后，由于 P 区的空穴多，空 穴就会向 N 区扩散，而 N 区的电子也会向 P 区扩散，与 P 区的 空穴中和，这样，在接触面的两侧，因 N 区一侧失去电子而带 正电，P 区一测得到电子而带负电，这样，在接触面的两侧， 就会形成一个 N 区一侧带正电 P 区一侧带负电的特殊的区域， 这个区域叫 PN 结，在 PN 结所在的区域内，自由电子和空穴都 中和了，就没有了可自由移动的电子和空穴，所以，这个区域 不导电，又由于整体正负电荷相等，所以不显电性。 2. PN 结特性 PN 结一侧带正电，另一侧带负电，在这个区域内，就会形成一 个电场，这个电场在半导体内部，我们叫他内电场。当我们给 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +