半导体二极管第 1 章
1.1 半导体的基础知识1.1.1 本征半导体
1.1.2 杂质半导体
1.1.3 PN 结
(Semiconductor Diode)
1.1.1 本征半导体半导体 — 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
本征半导体 — 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。
载流子 — 自由运动的带电粒子。
共价键 — 相邻原子共有价电子所形成的束缚。
+4
+4
+4
+4
硅 (锗 )的原子结构
Si 2 8 4 Ge 2 8 18 4
简化模型 +4
惯性核硅 (锗 )的共价键结构价电子自由电子
(束缚电子 )
空穴空穴 空穴可在共价键内移动第 1 章 半导体二极管本征激发：
复 合：
自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程 。
漂 移：
自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。
在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位 (空穴 )的过程。
第 1 章 半导体二极管两种载流子电子 (自由电子 )
空穴两种载流子的运动自由电子 (在共价键以外 )的运动空穴 (在共价键以内 )的运动结论,
1,本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；
2,半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；
3,本征半导体导电能力弱，并与温度有关 。
两种载流子第 1 章 半导体二极管
1.1.2 杂质半导体一,N 型半导体和 P 型半导体
N 型
+5
+4 +4+4
+4+4
磷原子 自由电子电子为 多 数载流 子空穴为 少 数载流 子载流子数? 电子数
P 型
+3
+4 +4+4
+4+4
硼原子 空穴空穴 — 多子电子 — 少子载流子数? 空穴数施主离子施主原子 受主离子受主原子第 1 章 半导体二极管二、杂质半导体的导电作用
I I
PI
N
I = IP + IN
N 型半导体 I? IN
P 型半导体 I?IP
三,P 型,N 型半导体的简化图示负离子多数载流子 少数载流子正离子多数载流子 少数载流子
+ –
第 1 章 半导体二极管
1.1.3 PN 结一,PN 结 (PN Junction)的形成
1,载流子的 浓度差 引起多子的 扩散
2,复合使交界面 形成空间电荷区 (耗尽层 )
空间电荷区特点,
无载流子,阻止扩散进行,利于少子的漂移。
3,扩散和漂移达到 动态平衡扩散电流 等于漂移电流,总电流 I = 0。
内建电场
PN 结形成第 1 章 半导体二极管二,PN 结的单向导电性
1,外加 正向 电压 (正向偏置 ) — forward bias
P 区 N 区内电场
+?U R外电场外电场使多子向 PN 结移动,
中和部分离子 使空间电荷区变窄。
IF
限流电阻扩散运动加强形成正向电流 IF 。
IF = I多子? I少子? I多子
2,外加 反向 电压 (反向偏置 ) — reverse bias
P 区 N 区
+
U R
内电场外电场外电场使少子背离 PN 结移动，
空间电荷区变宽。
IR
PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大 ;
反偏截止，电阻很大，电流近似为零。
漂移运动加强形成反向电流 IR
IR = I少子? 0
PN 结单向导电第 1 章 半导体二极管
1.1 半导体的基础知识1.1.1 本征半导体
1.1.2 杂质半导体
1.1.3 PN 结
(Semiconductor Diode)
1.1.1 本征半导体半导体 — 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
本征半导体 — 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。
载流子 — 自由运动的带电粒子。
共价键 — 相邻原子共有价电子所形成的束缚。
+4
+4
+4
+4
硅 (锗 )的原子结构
Si 2 8 4 Ge 2 8 18 4
简化模型 +4
惯性核硅 (锗 )的共价键结构价电子自由电子
(束缚电子 )
空穴空穴 空穴可在共价键内移动第 1 章 半导体二极管本征激发：
复 合：
自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程 。
漂 移：
自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。
在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位 (空穴 )的过程。
第 1 章 半导体二极管两种载流子电子 (自由电子 )
空穴两种载流子的运动自由电子 (在共价键以外 )的运动空穴 (在共价键以内 )的运动结论,
1,本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；
2,半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；
3,本征半导体导电能力弱，并与温度有关 。
两种载流子第 1 章 半导体二极管
1.1.2 杂质半导体一,N 型半导体和 P 型半导体
N 型
+5
+4 +4+4
+4+4
磷原子 自由电子电子为 多 数载流 子空穴为 少 数载流 子载流子数? 电子数
P 型
+3
+4 +4+4
+4+4
硼原子 空穴空穴 — 多子电子 — 少子载流子数? 空穴数施主离子施主原子 受主离子受主原子第 1 章 半导体二极管二、杂质半导体的导电作用
I I
PI
N
I = IP + IN
N 型半导体 I? IN
P 型半导体 I?IP
三,P 型,N 型半导体的简化图示负离子多数载流子 少数载流子正离子多数载流子 少数载流子
+ –
第 1 章 半导体二极管
1.1.3 PN 结一,PN 结 (PN Junction)的形成
1,载流子的 浓度差 引起多子的 扩散
2,复合使交界面 形成空间电荷区 (耗尽层 )
空间电荷区特点,
无载流子,阻止扩散进行,利于少子的漂移。
3,扩散和漂移达到 动态平衡扩散电流 等于漂移电流,总电流 I = 0。
内建电场
PN 结形成第 1 章 半导体二极管二,PN 结的单向导电性
1,外加 正向 电压 (正向偏置 ) — forward bias
P 区 N 区内电场
+?U R外电场外电场使多子向 PN 结移动,
中和部分离子 使空间电荷区变窄。
IF
限流电阻扩散运动加强形成正向电流 IF 。
IF = I多子? I少子? I多子
2,外加 反向 电压 (反向偏置 ) — reverse bias
P 区 N 区
+
U R
内电场外电场外电场使少子背离 PN 结移动，
空间电荷区变宽。
IR
PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大 ;
反偏截止，电阻很大，电流近似为零。
漂移运动加强形成反向电流 IR
IR = I少子? 0
PN 结单向导电第 1 章 半导体二极管
