半導體及PN結田玉主講老師：電工電子技術

知識目標01

1.認識半導體及特性2.認識PN結及導電特性能力目標021.會分析PN結的導通和截止狀態

思政目標03學習華為不畏艱難，勇于自主創新的科技攀登精神學習目標K知識引入氮化鎵：雷達、射頻功放器、飛機、導彈

鍺：半導體、軍工的關鍵材料2024年國家科學技術獎半導體材料技術助推中國電子技術發展，擺脫“卡脖子”現狀一、半導體（一）半導體概念導體：一般指導電性比較好的金屬，比如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等。半導體指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。絕緣體：一般指導電性差的材料，比如惰性氣體、橡膠、陶瓷等。一、半導體（二）半導體材料半導體材料有哪些？常見的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等，硅是各種半導體材料應用中最具有影響力的一種。硅晶體中沒有明顯的自由電子，具備半導體性質；硅在地殼中的含量是除氧外最多的元素，常見化合物有二氧化硅（沙子的主要成分）和硅酸鹽。鍺是一種稀有元素硅晶體鍺晶體

熱敏性：半導體的導電能力與溫度有關，利用該特性可做成熱敏器件

光敏性：半導體的導電能力與光的照射有關，利用該特性可做成光敏器件

摻雜性：摻如有用的雜質可以改變半導體的導電能力，利用該特性可做成半導體器件光敏元件一、半導體（三）半導體特點熱敏電阻

本征半導體：經過高度提純工藝，達到晶格結構完全對稱、并具有

共價鍵結構的單晶體。本征半導體的三維結構共價鍵純度為99.9999999堅固穩定的結構本征半導體的平面結構價電子（四）本征半導體一、半導體+4+4+4+4受光照或溫度上升影響，共價鍵中價電子的熱運動加劇，一些價電子會掙脫共價鍵的束縛游離到空間成為自由電子在游離走的價電子原位上留下一個不能移動的空位，叫空穴，空穴帶正電。共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子很少(即載流子)，所以它的導電能力很弱一、半導體（四）本征半導體這種由于熱激發而在晶體中出現電子空穴對的現象稱為本征激發。9+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引鄰近的電子來填補，這樣的結果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，其運動方向與價電子運動方向相反，可以認為空穴是載流子。一、半導體（四）本征半導體本征半導體中由于熱運動產生數量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。其濃度決定本征半導體的導電能力。溫度越高，載流子的濃度越高，本征半導體的導電能力越強。溫度是影響半導體性能的一個重要的外部因素，這是半導體的一大特點。摻入磷雜質的半導體晶格中，自由電子的數量大大增加。+五價元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4PN型半導體多數載流子（多子）——電子少數載流子（少子）——空穴電子濃度＞＞空穴濃度因電子帶負電，稱這種半導體為N(negative)型或電子型半導體。++++++++++++++++++++++++N型半導體正離子多子少子一、半導體（五）雜質半導體在本證半導體中摻入少量其他物質稱為雜質半導體＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三價元素硼(B)B+摻入硼雜質的半導體晶格中，空穴載流子的數量大大增加。－P型半導體空穴濃度＞＞電子濃度多數載流子（多子）——空穴少數載流子（少子）——電子因空穴帶正電，稱這種半導體為P(Positive)型或空穴型半導體。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導體負離子多子少子一、半導體（五）雜質半導體二、PN結（一）PN結形成漂移運動（少字）：進入空間電荷區的空穴在內電場作用下向P區漂移，自由電子向N區漂移。擴散運動（多子）：由于交界面兩邊的載流子濃度有很大差別，載流子就要從濃度大的區域向濃度小的區域擴散。即空穴：PN，自由電子：NP，在交界處產生復合，形成空間電荷區，形成內電場。動態平衡：空間電荷區（內電場）穩定，形成PN結內電場電壓大約硅0.5V鍺0.1V二、PN結（二）PN結導電特性01正向導通電源正極接P區，負極接N區

外電場削弱內電場→空間電荷區變窄→多子擴散形成正向電流二、PN結（二）PN結導電特性02反向截