《N結(jié)的單向?qū)щ娦浴稰PT課件

1、半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)-PN結(jié)原理一、半導(dǎo)體概念導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱(chēng)為導(dǎo) 體， 金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱(chēng)為絕緣體， 如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類(lèi)物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕 緣體之間，稱(chēng)為半導(dǎo)體， 如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。1精選PPT二、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：1.摻雜性 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。2.熱敏性和光敏性 當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。2精選PPT三、 本征半導(dǎo)體（純凈和具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）1、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2、現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。GeSi3精選PPT+4+4+4+4+4+4+4+4+4 完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體 將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結(jié)構(gòu)為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。價(jià)電子共價(jià)鍵圖 1.1.1本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖2、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)溫度 T = 0 K 時(shí)，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。4精選PPT+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖 1.1.2本征半導(dǎo)體中的 自由電子和空穴自由電子空穴 若 T ，將有少數(shù)價(jià)電子克服共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，在原來(lái)的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位空穴。T 自由電子和空穴使本征半導(dǎo)體

3、具有導(dǎo)電能力，但很微弱?？昭煽闯蓭д姷妮d流子。3、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子（動(dòng)畫(huà)1-1）（動(dòng)畫(huà)1-2）5精選PPT4、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。 溫度越高，載流子的濃度越高,因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。6精選PPT四、 雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。 雜

4、質(zhì)半導(dǎo)體有兩種N 型半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體7精選PPT1、 N 型半導(dǎo)體(Negative)在硅或鍺的晶體中摻入少量的 5 價(jià)雜質(zhì)元素，如磷、銻、砷等，即構(gòu)成 N 型半導(dǎo)體(或稱(chēng)電子型半導(dǎo)體)。自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度電子稱(chēng)為多數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱(chēng)多子)，空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱(chēng)少子)。(本征半導(dǎo)體摻入 5 價(jià)元素后，原來(lái)晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有 5 個(gè)價(jià)電子，其中 4 個(gè)與硅構(gòu)成共價(jià)鍵，多余一個(gè)電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。)8精選PPT2、 P 型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的 3 價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等，即構(gòu)成 P 型半導(dǎo)體(或稱(chēng)空穴型半導(dǎo)

5、體）?？昭舛榷嘤谧杂呻娮訚舛瓤昭槎鄶?shù)載流子(簡(jiǎn)稱(chēng)多子）， 電子為少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱(chēng)少子)。+3(本征半導(dǎo)體摻入 3 價(jià)元素后，原來(lái)晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有 3 個(gè)價(jià)電子，3與硅構(gòu)成共價(jià)鍵，多余一個(gè)空穴。)9精選PPT說(shuō)明：1. 摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性。 4. 雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)體，因而其導(dǎo)電能力大大改善。(a)N 型半導(dǎo)體(b) P 型半導(dǎo)體圖 雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡(jiǎn)化表示法10精選PPT 在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為 P 型半導(dǎo)體，另一側(cè)

6、摻雜成為 N 型半導(dǎo)體，兩個(gè)區(qū)域的交界處就形成了一個(gè)特殊的薄層，稱(chēng)為 PN 結(jié)。 PNPN結(jié)圖 PN 結(jié)的形成一、PN 結(jié)的形成1.2PN結(jié)11精選PPT PN 結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng)耗盡層空間電荷區(qū)PN1. 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)2. 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成空間電荷區(qū)電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。 PN 結(jié)，耗盡層。PN （動(dòng)畫(huà)1-3）12精選PPT3. 空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)PN空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)Uho空間電荷區(qū)正負(fù)離子之間電位差 Uho 內(nèi)電場(chǎng)； 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子的擴(kuò)散 阻擋層。4. 漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)有利于少子運(yùn)動(dòng)漂移。 少子的運(yùn)動(dòng)與多子運(yùn)動(dòng)方向相反 阻擋層13精選PPT5. 擴(kuò)散與漂移的動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電

7、荷區(qū)增大，擴(kuò)散電流逐漸減小；隨著內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)逐漸增加；當(dāng)擴(kuò)散電流與漂移電流相等時(shí)，PN 結(jié)總的電流等于零，空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定。即擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，形成PN結(jié)。PNPN結(jié)14精選PPT二、 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?. PN結(jié) 外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)又稱(chēng)正向偏置，簡(jiǎn)稱(chēng)正偏。外電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向耗盡層VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，電路中有較大的正向電流。圖 1.1.6PN什么是PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕坑惺裁醋饔茫?5精選PPT在 PN 結(jié)加上一個(gè)很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流，為防止電流過(guò)大，可接入電阻 R。2. PN 結(jié)外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)(反偏

8、)反向接法時(shí)，外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的方向一致，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)的作用；外電場(chǎng)使空間電荷區(qū)變寬；不利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，漂移電流大于擴(kuò)散電流，電路中產(chǎn)生反向電流 I ；由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。16精選PPT耗盡層圖 1.1.7PN 結(jié)加反向電壓時(shí)截止 反向電流又稱(chēng)反向飽和電流。對(duì)溫度十分敏感，隨著溫度升高， IS 將急劇增大。PN外電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向VRIS17精選PPT3、結(jié)論加正向電壓（正偏）電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)(2) 加反向電壓（反偏）電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū) PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反

9、向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止 由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?8精選PPT3半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度升高而_，金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而_。 A降低降低 B降低升高 C升高降低 D升高升高1用于制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料是_。 A磷 B硅 C銦 D鍺B、D2在純凈半導(dǎo)體中摻入3價(jià)元素形成的是_型半導(dǎo)體。 AP BN CPN D電子導(dǎo)電AD4半導(dǎo)體的載流子隨溫度升高而_，也就是說(shuō)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而_。 A減小增強(qiáng) B減小減弱 C增加減弱 D增加增強(qiáng)D課堂鞏固練習(xí)19精選PPT7P型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是_。 A電子 B空穴 C電荷 D電流5半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力在不同條件下

10、有很大差別，若_導(dǎo)電能力會(huì)減弱 A摻雜非金屬元素 B增大光照 C降低環(huán)境溫度 D摻雜金屬元素C6在PN結(jié)的兩端通過(guò)一塊電流表短接，回路中無(wú)其它電源，當(dāng)用光照射該半導(dǎo)體時(shí)，電流表的讀數(shù)是_。 A增大 B減小 C為零 D視光照強(qiáng)度而定B8N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是_。 A自由電子 B空穴 C電荷 D電流AC9在晶體硅、鍺中，參于導(dǎo)電的是_。 A離子 B自由電子 C空穴 DB和CD20精選PPT10在半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，半導(dǎo)體中出現(xiàn)的電流是_。 A自由電子電流 B空穴電流 C離子電流 DA和BD 11關(guān)于P型、N型半導(dǎo)體內(nèi)參與導(dǎo)電的粒子，下列說(shuō)法正確的是_。 A無(wú)論是P型還是N型半導(dǎo)體，參與導(dǎo)電的都是自由電子和空穴 BP型半導(dǎo)體中只有空穴導(dǎo)電 CN型半導(dǎo)體中只有自由電子參與導(dǎo)電 D在半導(dǎo)體中有自由電子、空穴、離子參與導(dǎo)電A 12N型半導(dǎo)體中，主要靠_導(dǎo)電，_是少數(shù)載流子。 A空穴空穴 B空穴自由電子 C自由電子空穴 D自由電子自由電子C21精選PPT13P型半導(dǎo)體中，主要靠_導(dǎo)電，_是少數(shù)載流子 A空穴空穴 B空穴自由電子 C自由