第三章 二极管及其基本电路 2010年3月12日
1 第三章 二极管及其基本电路 2010年3月12日
§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n)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
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
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。 大块晶体中 的局部结构 两个电子的共价键 硅和锗的原子 正离子核 结构简化模型 3
3 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。 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。 必 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。 半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样 紧。在室温下，价电子就会获得足够的随机热振动能 量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，这种现象称 为本征激发
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。 半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样 紧。在室温下，价电子就会获得足够的随机热振动能 量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，这种现象称 为本征激发
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】 十4 由于热激发而产 生的自由电子 +4】● 自由电子移走后 而留下的空穴 +4 +4】 5
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