第三章 二极管及其基本电路 2019年3月
第三章 二极管及其基本电路 2019年3月
§3-1半导体的基本知识 现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半 导体材料制造而成的。 常用的半导体材料有：元素半导体，如硅(S)、锗 (Ge)等；化合物半导体，如砷化镓(GaAs)等；以及 掺杂或制成其他化合物半导体的材料，如硼(B)、磷 (P)铟(In)和锑(Sb)等。硅是最常用的半导体材料。 半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体不同外， 还具有不同于其他物质的特点，如，当半导体受到 外界光和热的刺激时，其导电能力将发生显著的变 化；在纯净的半导体中加入微量的杂质，其导电能 力也会有显著的增加。 2
§3-1半导体的基本知识 ❖ 现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半 导体材料制造而成的。 ❖ 常用的半导体材料有：元素半导体，如硅(Si)、锗 (Ge)等；化合物半导体，如砷化镓(GaAs)等；以及 掺杂或制成其他化合物半导体的材料，如硼(B)、磷 (P)、铟(In)和锑(Sb)等。硅是最常用的半导体材料。 ❖ 半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体不同外， 还具有不同于其他物质的特点，如，当半导体受到 外界光和热的刺激时，其导电能力将发生显著的变 化；在纯净的半导体中加入微量的杂质，其导电能 力也会有显著的增加。 2
半导体的共价键结构 硅和锗都是四价元素，最外层原子轨道上具有四个电子，称 为价电子。由于原子呈中性，故原子核用带圆圈的+4符号表 示。物质的化学性质由价电子决定，半导体的导电性质与价 电子有关。 +4 价 电子 共价 硅和锗的原子 结构简化模型
半导体的共价键结构 ❖ 硅和锗都是四价元素，最外层原子轨道上具有四个电子，称 为价电子。由于原子呈中性，故原子核用带圆圈的+4符号表 示。物质的化学性质由价电子决定，半导体的导电性质与价 电子有关。 +4 共 价 键 价 电 子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 3 硅和锗的原子 结构简化模型
本征半导体 本征半导体是一种纯净的结构完整的半导体晶体。 ~电导率是半导体的重要物理特性，与材料内单位体积 中所含的电荷载流子的数目有关，电荷载流子的浓度 愈高，其电导率愈高。 必 半导体内载流子的浓度取决于许多因素，包括材料的 基本性质、温度以及所含的杂质。 在T=0K和没有外界激发时，由于每一原子的外围电 子被共价键所束缚，这些束缚电子对半导体内的传导 电流没有贡献。 当温度升高时，键内电子因热激发而获得能量。其中 获得能量较天的一部分价电子，能够挣脱共价键的束 缚离笄原字而成为首鱼电子。与此同时在共价键丙留 卞了写自由电字数目相同的空位。 4
本征半导体 ❖ 本征半导体是一种纯净的结构完整的半导体晶体。 ❖ 电导率是半导体的重要物理特性，与材料内单位体积 中所含的电荷载流子的数目有关，电荷载流子的浓度 愈高，其电导率愈高。 ❖ 半导体内载流子的浓度取决于许多因素，包括材料的 基本性质、温度以及所含的杂质。 ❖ 在T=0K和没有外界激发时，由于每一原子的外围电 子被共价键所束缚，这些束缚电子对半导体内的传导 电流没有贡献。 ❖ 当温度升高时，键内电子因热激发而获得能量。其中 获得能量较大的一部分价电子，能够挣脱共价键的束 缚离开原子而成为自由电子。与此同时在共价键内留 下了与自由电子数目相同的空位。 4
空穴 冬 当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键中就留下一个 空位，这个空位叫做空穴。空穴是半导体区别于导体的一个重要 特点。 自由电子 5
空穴 ❖ 当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键中就留下一个 空位，这个空位叫做空穴。空穴是半导体区别于导体的一个重要 特点。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 自由电子 空穴 5