1
§ 8.5 半导体的导电机构一,本征半导体 （ semiconductor）
本征半导体是指 纯净的 半导体。
本征半导体的导电性能在导体与绝缘体之间。
介绍两个概念：
1,电子导电 …… 半导体的载流子是电子在外电场的作用下，满带上的电子获得能量，
越过禁带，跃迁到空带上去。这些 跃迁到空带上去的电子 在半导体中逆着电场方向集体定向流动而形成电流,这称为电子导电。
2
2,空穴导电 …… 半导体的载流子是空穴当满带上的一个电子跃迁到空带后,满带中出现一个空位。
在 满带上 这空位下面能级上的电子，又可以跃迁到这空位上来,而在自己原来的位置上又留下一个空位；在 满带上 这新空位下面能级上的电子，又可以跃迁到这空位上来,而在自己原来的位置上又留下一个空位； ------
这相当于 满带上 空位向下跃迁。
好象有带正电的粒子 向下跃迁,顺着电场方向集体定向流动 。 我们常常把 满带上 空位向下跃迁相应的电流称为 空穴导电 。
3
空带满带
Eg
电子和空穴总是成对出现的。
所以，
本征半导体中既有电子导电，
又有空穴导电。
思考：为什么半导体的电阻随温度升高而降低？
4
例,半导体 Cd S
满 带空 带
h?
Eg=2.42eV
5
nm
C.eV.
s/msJ.
E
hc
g
m a x
514
1061422
10310636
19
834
解?
hchE
g
上例中,对半导体 Cd S,能 激发电子的光波波长最大多长？
6
二,杂质半导体
1,n型半导体四价的本征半导体 Si、Ｇｅ等，掺入少量五价的 杂质 （ impurity） 元素（如 P,As
等）形成电子型半导体,称 n 型半导体。
量子力学表明，这种掺杂后多余的电子的能级在禁带中紧靠空带处,?ED～ 10-2eV，
极易形成电子导电。
该能级称为 施主 （ donor） 能级。
7
n 型半导体在 n 型半导体中电子 …… 多数载流子空 带满 带施主能级
ED
Eg
Si Si Si Si
Si
Si
Si
P
空穴 …… 少数载流子
8
2.ｐ型半导体四价的本征半导体 Si,Ge等，掺入少量三价的 杂质 元素（如 B,Ga,In等）
形成空穴型半导体，称 p 型半导体。
量子力学表明，这种掺杂后多余的空穴的能级在禁带中紧靠满带处,?ED～ 10-2eV，
极易产生空穴导电。
该能级称 受主 （ acceptor） 能级。
9
空 带
Ea满 带受主能级
P型半导体
Si Si Si Si
Si
Si
Si
+
B
Eg
在 p型半导体中空穴 …… 多数载流子电子 …… 少数载流子
10
3,n型化合物半导体例如，化合物 GaAs中掺 Te，六价的 Te
替代五价的 As可形成施主能级，
成为 n型 GaAs杂质半导体。
4.ｐ型化合物半导体例如，化合物 GaAs中掺 Zn，二价的 Zn
替代三价的 Ga可形成受主能级，
成为 p型 GaAs杂质半导体。
11
三,杂质补偿作用实际的半导体中既有施主杂质（浓度 nd），
又有受主杂质（浓度 na），
两种杂质有补偿作用：
若 nd?na—— 为 n 型（施主）
若 nd?na—— 为 p 型（受主）
利用杂质的补偿作用，
可以制成 P-N结。
12
§ 8.6 P-N结一,P-N 结的形成在一块 n 型半导体基片的一侧掺入较高浓度的受主杂质，
由于杂质的补偿作用，该区就成为ｐ
型半导体。
P-N结阻E
n型p型由于 N 区的电子向
P区扩散,P 区的空穴向Ｎ区扩散，
在ｐ型半导体和Ｎ型半导体的交界面附近产生了一个电场,称为 内建场 。
13
内建场阻止电子和空穴进一步扩散，记作 。
阻E
内建场大到一定程度,不再有净电荷的流动，达到了新的平衡。
P-N结阻E
n型p型在ｐ型 n型交界面附近形成的这种特殊结构称为 P-N结，
约 0.1?m厚。
P-N结处存在电势差 Uo。
14
也阻止 N区带负电的电子进一步向 P区 扩散。
它阻止 P区带正电的空穴进一步向 N区 扩散；
P-N结处存在电势差 Uo。
考虑到 P-N 结的存在，
半导体中 电子的能量应考虑进这内建场带来的 电子附加势能,
U0
0eU?
电子能级电势曲线电子电势能曲线
P-N结
P区
P区
N区
N区
15
空带空带
P-N结
0eU?
施主能级受主能级满带满带考虑到 P-N 结的存在，半导体中 电子的能量应考虑进这内建场带来的 电子附加势能 。
于是电子的能带出现弯曲现象。
16
二,P-N 结的单向导电性
1,正向偏压在 P-N 结的 p 型区接电源正极，
叫正向偏压。
阻挡层势垒被削弱、变窄,有利于空穴向 N区运动，电子向 P 区运动，
形成正向电流（ mA级）。
E?
p型 n型I
阻E?
17
外加正向电压越大，
正向电流也越大，
而且是呈非线性的伏安特性 (图为锗管 )。
V（伏）
３０
２０
１０
（毫安）
正向
0
0.2
1.0
I
18
2,反向偏压在 P-N 结的ｐ型区接电源负极,
叫反向偏压。
阻挡层势垒增大、变宽,不利于空穴向 N
区运动，也不利于电子向 P
区运动,没有正向电流。
E?
p型 n型
I
阻E
19
但是，由于少数载流子的存在，
会形成很弱的反向电流，
当外电场很强,反向电压超过某一数值后，
反向电流会急剧增大 ----反向击穿。
称为漏电流
（?A级）。
击穿电压
V(伏 )
I
-１０
-２０
-３０
（微安）
反向
-20-30
20
利用 P-N 结可以作成具有整流、开关等作用的晶体二极管 （ diode）。
§ 8.5 半导体的导电机构一,本征半导体 （ semiconductor）
本征半导体是指 纯净的 半导体。
本征半导体的导电性能在导体与绝缘体之间。
介绍两个概念：
1,电子导电 …… 半导体的载流子是电子在外电场的作用下，满带上的电子获得能量，
越过禁带，跃迁到空带上去。这些 跃迁到空带上去的电子 在半导体中逆着电场方向集体定向流动而形成电流,这称为电子导电。
2
2,空穴导电 …… 半导体的载流子是空穴当满带上的一个电子跃迁到空带后,满带中出现一个空位。
在 满带上 这空位下面能级上的电子，又可以跃迁到这空位上来,而在自己原来的位置上又留下一个空位；在 满带上 这新空位下面能级上的电子，又可以跃迁到这空位上来,而在自己原来的位置上又留下一个空位； ------
这相当于 满带上 空位向下跃迁。
好象有带正电的粒子 向下跃迁,顺着电场方向集体定向流动 。 我们常常把 满带上 空位向下跃迁相应的电流称为 空穴导电 。
3
空带满带
Eg
电子和空穴总是成对出现的。
所以，
本征半导体中既有电子导电，
又有空穴导电。
思考：为什么半导体的电阻随温度升高而降低？
4
例,半导体 Cd S
满 带空 带
h?
Eg=2.42eV
5
nm
C.eV.
s/msJ.
E
hc
g
m a x
514
1061422
10310636
19
834
解?
hchE
g
上例中,对半导体 Cd S,能 激发电子的光波波长最大多长？
6
二,杂质半导体
1,n型半导体四价的本征半导体 Si、Ｇｅ等，掺入少量五价的 杂质 （ impurity） 元素（如 P,As
等）形成电子型半导体,称 n 型半导体。
量子力学表明，这种掺杂后多余的电子的能级在禁带中紧靠空带处,?ED～ 10-2eV，
极易形成电子导电。
该能级称为 施主 （ donor） 能级。
7
n 型半导体在 n 型半导体中电子 …… 多数载流子空 带满 带施主能级
ED
Eg
Si Si Si Si
Si
Si
Si
P
空穴 …… 少数载流子
8
2.ｐ型半导体四价的本征半导体 Si,Ge等，掺入少量三价的 杂质 元素（如 B,Ga,In等）
形成空穴型半导体，称 p 型半导体。
量子力学表明，这种掺杂后多余的空穴的能级在禁带中紧靠满带处,?ED～ 10-2eV，
极易产生空穴导电。
该能级称 受主 （ acceptor） 能级。
9
空 带
Ea满 带受主能级
P型半导体
Si Si Si Si
Si
Si
Si
+
B
Eg
在 p型半导体中空穴 …… 多数载流子电子 …… 少数载流子
10
3,n型化合物半导体例如，化合物 GaAs中掺 Te，六价的 Te
替代五价的 As可形成施主能级，
成为 n型 GaAs杂质半导体。
4.ｐ型化合物半导体例如，化合物 GaAs中掺 Zn，二价的 Zn
替代三价的 Ga可形成受主能级，
成为 p型 GaAs杂质半导体。
11
三,杂质补偿作用实际的半导体中既有施主杂质（浓度 nd），
又有受主杂质（浓度 na），
两种杂质有补偿作用：
若 nd?na—— 为 n 型（施主）
若 nd?na—— 为 p 型（受主）
利用杂质的补偿作用，
可以制成 P-N结。
12
§ 8.6 P-N结一,P-N 结的形成在一块 n 型半导体基片的一侧掺入较高浓度的受主杂质，
由于杂质的补偿作用，该区就成为ｐ
型半导体。
P-N结阻E
n型p型由于 N 区的电子向
P区扩散,P 区的空穴向Ｎ区扩散，
在ｐ型半导体和Ｎ型半导体的交界面附近产生了一个电场,称为 内建场 。
13
内建场阻止电子和空穴进一步扩散，记作 。
阻E
内建场大到一定程度,不再有净电荷的流动，达到了新的平衡。
P-N结阻E
n型p型在ｐ型 n型交界面附近形成的这种特殊结构称为 P-N结，
约 0.1?m厚。
P-N结处存在电势差 Uo。
14
也阻止 N区带负电的电子进一步向 P区 扩散。
它阻止 P区带正电的空穴进一步向 N区 扩散；
P-N结处存在电势差 Uo。
考虑到 P-N 结的存在，
半导体中 电子的能量应考虑进这内建场带来的 电子附加势能,
U0
0eU?
电子能级电势曲线电子电势能曲线
P-N结
P区
P区
N区
N区
15
空带空带
P-N结
0eU?
施主能级受主能级满带满带考虑到 P-N 结的存在，半导体中 电子的能量应考虑进这内建场带来的 电子附加势能 。
于是电子的能带出现弯曲现象。
16
二,P-N 结的单向导电性
1,正向偏压在 P-N 结的 p 型区接电源正极，
叫正向偏压。
阻挡层势垒被削弱、变窄,有利于空穴向 N区运动，电子向 P 区运动，
形成正向电流（ mA级）。
E?
p型 n型I
阻E?
17
外加正向电压越大，
正向电流也越大，
而且是呈非线性的伏安特性 (图为锗管 )。
V（伏）
３０
２０
１０
（毫安）
正向
0
0.2
1.0
I
18
2,反向偏压在 P-N 结的ｐ型区接电源负极,
叫反向偏压。
阻挡层势垒增大、变宽,不利于空穴向 N
区运动，也不利于电子向 P
区运动,没有正向电流。
E?
p型 n型
I
阻E
19
但是，由于少数载流子的存在，
会形成很弱的反向电流，
当外电场很强,反向电压超过某一数值后，
反向电流会急剧增大 ----反向击穿。
称为漏电流
（?A级）。
击穿电压
V(伏 )
I
-１０
-２０
-３０
（微安）
反向
-20-30
20
利用 P-N 结可以作成具有整流、开关等作用的晶体二极管 （ diode）。
