电工电子学第9章 半导体二极管、三极管

电子技术课程： 以放大电路分析为主，重在分析电路 模拟电子技术： 的外部特性，例如放大倍数，输入输 出阻抗等

数字电子技术： 以门电路和触发器为基本，重在分 析组合逻辑电路和时序逻辑电路的 功能学习方法：抓住电路的宏观特征

第9章 二极管和晶体管 9.1 半导体的导电特性 9.2 二极管 9.3 稳压二极管 9.4 晶体管

§9.1 半导体的导电特性依照导电性能，可以把材料分为导体、绝缘体和半导体。导体有良好的导电能力，常见的有铜、铝等金属材料； 绝缘体基本上不能导电，常见的有玻璃、陶瓷等材料； 半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，常见的有硅(Si) 、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等材料。

半导体具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光作用时，导电能力明显 变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变。

9.1.1 本征半导体一、本征半导体的结构特点用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子 (价电子)都是四个。

Si

本征半导体：完全纯净 的、晶体结构的半导体。

形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个， 构成稳定结构。束缚电子 +4 +4表示除 去价电子 后的原子

+4

共价键：共 用电子对

+4

+4

在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导 体不导电。

在常温下自由电子和空穴的形成

+4

+4

+4

成对消失

复合+4 +4 +4

空 穴

自由电子 成对出现

+4

+4

+4

半导体中两种载流子: 自由电子和空穴 自由电子能导电+4 +4 +4

空穴能导电空穴导电的 实质是共价 键中的束缚 电子依次填 补空穴形成 电流。+4 +4电子移动方向 价电子填补空穴 空穴移动方向 +4 +4 +4

+4

本征半导体的导电能力 取决于载流子的浓度。 外电场方向

9.1.2 N半导体和P型半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体。 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体。

1 . N 型半导体在硅或锗的晶体中+4 +4 +4

掺入少量五价元素 正离子 磷原子N 型半导体中的载流子:

1、自由电子。多数载流子 2、空穴。 少数载流子

+4

+4 +5 多余价电子

+4

自由电子+4 +4 +4

N 型半导体结构示意图 少数载流子 多数载流子

正离子

在N型半导中,电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。

2. P型半导体+4 +4 +4

在硅或锗的晶体中 掺入少量的三价元

素, 形成P 型半导体+4 +3 +4

负离子 硼原子+4

P 型半导体中的载流子是:1、自由电子。 少数载流子+4 +4 +4

空穴 填补空位

2、空穴。 多数载流子

P 型

半导体结构示意图

空穴是多数载流子 负离子 电子是少数载流子

§9.1.3 PN结及其单向导电性漂移运动 P型半导体 -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - 内电场E N型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

空间电荷区

PN结

扩散运动

内电场阻止扩散 ，有利于漂移

二、PN结的单向导电性

1. PN 结正向偏置

PN 结加正向电压、正向偏置： P 区加正、N 区加负电压空间电荷区变窄

P区

N区_

I 内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。

内电场方向RE

2. 外加反向电压多数载流子的扩散运动难于进行 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走 空间电荷区变宽 P区 N区

IR少数载流子越过PN结 形成很小的反向电流E

内电场方向 外电场方向

R

伏安特性

PN结的单向 导电性！!!