澳门新莆京游戏大厅《电子技术基础》教学课件PPT4. PN结的单向导电性是指：PN结正向偏置时，呈现的电阻很小 几乎为零，因此多子构成的扩散电流极易通过PN结；PN结反向 偏置时，呈现的电阻趋近于无穷大，因此电流无法通过被阻断。

　　不论是N型半导体还是P型半导体，其中的多子和少子的 移动都能形成电流。但是，由于多子的数量远大于少子的

　　自由电子导电和空 穴导电的区别在哪 里？空穴载流子的 形成是否由自由电 子填补空穴的运动 形成的？

　　杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它 们并不能称为半导体器件。在电子技术中，PN结是一切半导 体器件的“元概念”和技术起始点。

　　本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动的产 生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带 正电荷的离子。

　　半导体的导电机理与金属导体导电机理有本质上的区别： 金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电；而半导体中 则是由本征激发产生的自由电子和复合运动产生的空穴两种 载流子同时参与导电。两种载流子电量相等、符号相反，电 流的方向为空穴载流子的方向即自由电子载流子的反方向。

　　PN结内部载流子基本为零，因此导电率很低，相当于介质。 但PN结两侧的P区和N区导电率很高，相当于导体，这一点和 电容比较相似，所以说PN结具有电容效应。

　　第3章 集成运算放大器 第4章 数字逻辑基础 第5章 逻辑门与组合逻辑电路 第6章 触发器 第7章 时序逻辑电路 第8章 存储器 第9章 数/模和模/数转换器

　　1.1 半导体的基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 双极型三极管 1.5 单极型三极管

　　最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价 元素，即每个原子最外层电子数为4个。

　　本征半导体原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元 素，它们排列成非常整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格 结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四 个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构。

　　由于共价键是定域的，这些带正电的离子不会移动，即不能参 与导电，成为晶体中固定不动的带正电离子。

　　参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的 空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价 电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不同 于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子 载流子的运动，我们把价电子填补空穴的复合运动称为空 穴载流子运动。

　　1. 半导体中少子的浓度虽然很低 ，但少子对温度 非常敏感，因此温度对半导体器件的性能影响很 大。而多子因浓度基本上等于杂质原子的掺杂浓

　　2. 半导体受温度和光照影响，产生本征激发现象而出现电子、空 穴对；同时，价电子又不断地 “转移跳进”本征激发出现 的空穴中，产生价电子与空穴的复合。在一定温度下，电子、空 穴对的激发和复合最终达到动态平衡状态。平衡状态下，半导体 中的载流子浓度一定，即反向电流的数值基本不发生变化。

　　一般情况下，杂质半导体中的多数载流子的数量可达到少数 载流子数量的1010倍或更多，因此，杂质半导体比本征半导体 的导电能力可增强几十万倍。

　　掺入三价元素的杂质半导体，由于空穴载流子的数量大大于自 由电子载流子的数量而称为空穴型半导体，也叫做P型半导体。

　　由于常温下少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而 且当外加电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随外加 电压的变化而变化，因此反向电流又称为反向饱和电流。反 向饱和电流由于很小一般可以忽略，从这一点来看，PN结对 反向电流呈高阻状态，也就是所谓的反向阻断作用。

　　值得注意的是，由于本征激发随温度的升高而加剧，导致 电子—空穴对增多，因而反向电流将随温度的升高而成倍增 长。反向电流是造成电路噪声的主要原因之一，因此，在设 计电路时，必须考虑温度补偿问题。

　　当PN结两边的掺杂浓度很高，阻挡层又很薄时，阻挡层 内载流子与中性原子碰撞的机会大为减少，因而不会发生 雪崩击穿。

　　PN结非常薄时，即使阻挡层两端加的反向电压不大，也 会产生一个比较强的内电场。这个内电场足以把PN结内中 性原子的价电子从共价键中拉出来，产生出大量的电子— 空穴对，使PN结反向电流剧增，这种击穿现象称为齐纳击 穿。可见，齐纳击穿发生在高掺杂的PN结中，相应的击穿 电压较低，一般均小于5V。

　　了解本征半导体、P型和N型半导体的特征 及PN结的形成过程；熟悉二极管的伏安特性 及其分类、用途；理解三极管的电流放大原 理，掌握其输入和输出特性的分析方法；理 解双极型和单极型三极管在控制原理上的区 别；初步掌握工程技术人员必需具备的分析 电子电路的基本理论、基本 知识和基本技能。

　　天然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必须先经 过高度提纯，形成晶格结构完全对称的本征半导体。

　　iieeiibbiicc电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件电子技术基础电子技术基础半导体基础与常用器件半导体基础与常用器件结论结论由于发射结处正偏发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区并不断从电源补充进电子形成发射极电流i发射区向基区扩散电子的过程发射区向基区扩散电子的过程由于基区很薄且多数载流子浓度又很低所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基极电流i电子在基区的扩散和复合过程电子在基区的扩散和复合过程集电结由于反偏可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区从而形成较大的集电极电流i集电区收集电子的过程集电区收集电子的过程只要符合三极管发射区高掺杂基区掺杂浓度很低集电区的掺杂浓度介于发射区和基区之间且基区做得很薄的内部条件再加上晶体管的发射结正偏集电结反偏的外部条件三极管就具有了放大电流的能力

　　PN结反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电 流很小，基本上可视为零值。但当电压超过某一数值时，反 向电流会急剧增加，这种现象称为PN结反向击穿。

　　(1)雪崩击穿 当PN结上加的反向电压大大超过反向击穿电压时，处在强 电场中的载流子获得足够大的能量碰撞晶格，将价电子碰撞 出来，产生电子空穴对，新产生的载流子又会在电场中获得 足够能量，再去碰撞价电子产生新的电子空穴对，如此 连锁反应，使反向电流越来越大，这种击穿称为雪崩击穿。 雪崩击穿属于碰撞式击穿，其电场较强，外加反向电压相 对较高。通常出现雪崩击穿的电压均在7V以上。

　　本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数 量极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入某种元素的微量 杂质，将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强。

　　半导体的最外层电子数一般为4个，在常温下存在的自 由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体的 导电能力也是介于导体和绝缘体之间。

　　导电性能介于导体和绝缘体之 间，但具有光敏性、热敏性和参 杂性的独特性能，因此在电子技 术中得到广泛应用。

　　2. 半导体的独特性能 金属导体的电导率一般在105s/cm量级；塑料、云母等绝 缘体的电导率通常是10-22~10-14s/cm量级；半导体的电导率 则在10-9~102s/cm量级。 半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导 体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：

　　把PN结两端的反向电压降低，PN结就可恢复到原来状态。 利用电击穿时PN结两端电压变化很小电流变化很大的特

　　若PN结两端加的反向电压过高，反向电流将急剧增长， 造成PN结上热量的不断积累，从而引起结温持续升高，当 这个温度超过PN结的最大允许结温时，PN结就会发生热击 穿澳门第一娱乐娱城官网，热击穿将使PN结永久损坏。

　　在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电 子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导

　　绝缘体的最外层电子数一般为6~8个，且距原子核较 近，因此受原子核的束缚力较强而不易挣脱其束缚。

　　导体的最外层电子数通常是1~3个，且距原子核较远澳门新莆京游戏大厅， 因此受原子核的束缚力较小。由于温度升高、振动等外界 的影响，导体的最外层电子就会获得一定能量，从而挣脱 原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。因此，导体在 常温下存在大量的自由电子，具有良好的导电能力。常用 的导电材料有银、铜、铝、金等。

　　PN结形成的过程中，多数载流子的扩散和少数载流子的 漂移共存。开始时多子的扩散运动占优势，扩散运动的结 果使PN结加宽，内电场增强；另一方面，内电场又促使了 少子的漂移运动：P区的少子电子向N区漂移，补充了交界 面上N区失去的电子，同时， N区的少子空穴向P区漂移， 补充了原交界面上P区失去的空穴，显然漂移运动减少了空 间电荷区带电离子的数量，削弱了内电场，使PN结变窄。 最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的 宽度基本稳定，即PN结形成。