第一章半导体器件概述 § 1.1 PN 结及二极管 1.1.1 半导体及PN结 1.1.2 二极管的基本特性 1.1.3 二极管的电路模型及主要参数 1.1.4 特殊二极管

§ 1.2 半导体三极管 § 1.3 半导体场效应管 § 1.4 集成运算放大器

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§1.1 PN 结及二极管 1.1.1 半导体和PN结

导体 ： 自然界中很容易导电的物质称为导体 ， 金属一般都是导体 。 电阻率为 10^-5 Ω.cm 量 级 。

绝缘体 ： 有的物质几乎不导电 ， 称为绝缘 体 ， 如橡皮 、 陶瓷 、 塑料和石英 。 电阻率为 10¹⁴ -10²² Ω .cm 量级 。

半导体 ： 另有一类物质的导电特性处于导体 和绝缘体之间 ， 称为半导体 ， 如锗 、 硅 、 砷 化镓和一些硫化物 、 氧化物等 。 电阻率为 10^-3 -10⁹ Ω .cm 量级

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半导体的导电机理不同于其它物质 ， 所以它具有 不同于其它物质的特点 。 例如 ：

半导体特性 掺杂特性 掺入杂质则导电率增加几百倍

-- 半导体器件

温度特性

温度增加使导电率大为增加

-- 热敏器件

光照特性

光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势 -- 光敏器件 、 光电器件

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1. 本征半导体

• 本征半导体的结构特点 现代电子学中 ， 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 。

Ge

Si

通过一定的工艺过程 ， 可以将半导体制成晶体 。

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本征半导体

完全纯净 、 结构完整的半导体晶体 。 纯度 ：99.9999999%，“ 九个 9” 它在物理结构上呈单晶体形态 。

常用的本征半导体

Si

+14 2 8 4

Ge +32 2 8 18 4

+4

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在硅和锗晶体中 ， 原子按四角形系统组成 晶体点阵 ， 每个原子都处在正四面体的中心 ， 而四个其它原子位于四面体的顶点 ， 每个原子 与其相临的原子之间形成共价键 ， 共用一对价 电子 。

硅和锗的晶 体结构 ：

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硅和锗的共价键结构

共价键共
+4 +4
用电子对
+4 表示除
去价电子
+4 +4
后的原子

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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 。

+4 +4
+4 +4

共价键有很强的结合力 ， 使原子规 则排列 ， 形成晶体 。

共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中 ， 称为 束缚电子 ， 常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子 ， 因此本征半导体中的自由电子很少 ， 所以 本征半导体的导电能力很弱 。

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• 本征半导体的导电机理

载流子 、 自由电子和空穴

在绝对 0 度 （ -273 ℃ ） 和没有外界激发时 , 价 电子完全被共价键束缚着 ， 本征半导体中没有可 以运动的带电粒子 （ 即载流子 ）， 它的导电能力 为 0， 相当于绝缘体 。

在常温下 ， 由于热激发 ， 使一些价电子获 得足够的能量而脱离共价键的束缚 ， 成为自由电 子 ， 同时共价键上留下一个空位 ， 称为空穴 。

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+4 +4
空穴
自由电子
+4 +4
束缚电子

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