目錄

一、常用半導體器件

1、半導體基礎知識

本征半導體

雜志半導體

PN結的形成及其單向導電性

PN結的電容效應

PN結的電致發光

PN結的光電效應

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一、常用半導體器件

1、半導體基礎知識

本征半導體

概念

半導體：導電性介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體。

導體——鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產生定向移動，形成電流。

絕緣體——惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能導電。

半導體——硅（Si）、鍺（Ge），均為四價元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導體與絕緣體之間。

半導體特性

Ⅰ、摻雜特性：摻入雜質則導電率增加幾百倍——半導體元件

Ⅱ、溫度特性：溫度增加則導電率大為增加——熱敏元件

Ⅲ、光照特性：光照不僅使導電率大為增加還可以產生電動勢——光敏元件?

本征半導體：是純凈（無雜質）的晶體結構（穩定的結構）的半導體。

本征半導體的結構

由于熱運動，具有足夠能量的價電子掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子。自由電子的產生使共價鍵中留有一個空位置，稱為空穴。自由電子和空穴同時產生。

自由電子與空穴相碰同時消失，稱為復合。

一定溫度下，自由電子與空穴對的濃度一定（動態平衡）；溫度升高，熱運動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自由電子與空穴對的濃度加大。?

本征半導體中的兩種載流子

運載電荷的粒子稱為載流子。

外加電場時，帶負電的自由電子和帶正電的空穴均參與導電，且運動方向相反。由于載流子數目很少，故導電性很差。

溫度升高，熱運動加劇，載流子濃度增大，導電性增強。

熱力學溫度0K時不導電。

為什么要將半導體（不可控）變成導電性很差的本征半導體（可控）？先將半導體變成可控的本征半導體作為基本材料，然后再改善本征半導體的導電性，即變成雜質半導體。

雜志半導體

N型半導體

空穴比未加雜質時的數目少。通常摻入磷，多子為自由電子，少子為空穴。

雜質半導體主要靠多數載流子導電。摻入雜質越多，多子濃度越高，導電性越強，實現導電性可控。?

N型半導體

P型半導體

自由電子比未加雜質時的數目少。通常摻入硼，多子為空穴，少子為自由電子。

P型半導體主要靠空穴導電，摻入雜質越多，空穴濃度越高，導電性越強。?

P型半導體

在雜質半導體中，溫度變化時，載流子的數目發生變化。少子與多子變化的數目相同。但少子與多子濃度的變化不同。因此，當溫度變化時，少子的相對變化非常大，少數載流子是影響半導體器件溫度穩定性的一個重要因素。

結論：?在雜質型半導體中，多子濃度比本征半導體的濃度大得多，而少子濃度比本征半導體的濃度小得多，但兩者乘積保持不變。

PN結的形成及其單向導電性

擴散運動：物質因濃度差而產生的運動。氣體、液體、固體均有之。

P區空穴的濃度遠高于N區，而N區自由電子濃度遠高于P區。擴散運動使靠近接觸面P區的空穴濃度降低、靠近接觸面N區的自由電子濃度降低，產生內電場。?

擴散運動

PN結的形成

由于擴散運動使P區與N區的交界面缺少多數載流子，形成內電場，從而阻止擴散運動的進行。

漂移運動：因電場作用所產生的運動。內電場使空穴從N區向P區、自由電子從P區向N區運動。??

漂移運動

參與擴散運動和參與漂移運動的載流子數目相同（如擴散過去5個空穴，漂移過來5個空穴），達到動態平衡，就形成了PN結。?

PN結的單向導電性

PN結加正向電壓導通：耗盡層變窄，擴散運動加劇，由于外電源的作用，形成擴散電流，PN結處于導通狀態。

PN結加正向電壓導通

PN結加反向電壓截止：耗盡層變寬，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認為其截止。?

PN結加反向電壓截止

少數載流子在溫度變化時其變化的百分比比較大，環境溫度升高，反向電流增大，且增大速度較快。這是其溫度穩定性差的原因。

PN結的電容效應

Ⅰ、勢壘電容

PN結外加電壓變化時，空間電荷區的寬度將發生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容。?

Ⅱ、擴散電容

PN結外加的正向電壓變化時，在擴散路徑上載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴散電容。

結電容：

結電容不是常量！若PN結外加電壓頻率高到一定程度（此時PN結相當于短路），則失去單向導電性！?所以半導體器件有最高工作頻率。

PN結的電致發光

如果在PN結外加正偏電壓，外電場將消弱內電場對載流子擴散的阻擋作用。在外加電場滿足一定條件下，注入到耗盡層內的自由電子和空穴通過輻射復合而產生光子的速率將大于材料對光子的吸收速率，從而在半導體內產生光增益。

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PN結的光電效應

PN結用導線連接成回路時，載流子面臨PN結勢壘的阻擋，在回路中不產生電流。當有光照射PN結材料上時，若光子能量大于半導體的禁帶寬度，則在PN結的耗盡區、P區、N區內產生光生的電子-空穴對，?耗盡區內的載流子在內電場的作用下電子迅速移向N區，空穴移向P區，在回路內形成光電流，而P、N區內產生的光子無內電場的作用只進行自由的擴散運動，多數因復合而消失，對光電流基本沒有貢獻。

為了充分利用在PN結各區內產生的光生載流子，PN結需加適當的反向偏壓。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的模拟电子技术基础笔记（2）——半导体基础知识的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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