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学校

教案

2011～2012 学年第二学期

学院 ( 系、部 ) 机电工程学院

教研室(实验室) 电气工程

课程名称模拟电子技术

授课班级

主讲教师

职称

使用教材

泰州师范高等专科学校

二○一二年二月

1

半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率

为 10

-3

～10

-9

W·cm。典型的半导体有硅 Si 和锗 Ge 以及砷化镓 GaAs 等。

半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它

的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电

能力具有可控性，这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。

2、本征半导体的结构及其导电性能

本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材

料的纯度要达到 99.9999999%，常称为“九个 9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体

形态。在热力学温度零度和没有外界激发时，本征半导体不导电。

3、半导体的本征激发与复合现象

当导体处于热力学温度 0 K 时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照

射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电

子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。因热激发而出现的自由电子和空穴是同

时成对出现的，称为电子空穴对。

游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。

在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由

电子数和空穴数相等。

4、半导体的导电机理

自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，

在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊

性质。空穴导电的实质是:相邻原子中的价电子（共价键中的束缚电子）依次填补空穴

而形成电流。由于电子带负电，而电子的运动与空穴的运动方向相反，因此认为空穴

带正电。

5、杂质半导体

掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。杂质半导体是半导体器件的基本材料。

在本征半导体中掺入五价元素（如磷），就形成 N 型（电子型）半导体；掺入三价元

素（如硼、镓、铟等）就形成 P 型（空穴型）半导体。杂质半导体的导电性能与其掺

杂浓度和温度有关，掺杂浓度越大、温度越高，其导电能力越强。

在 N 型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。

多子（自由电子）的数量＝正离子数＋少子（空穴）的数量

4

在 P 型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。

多子（空穴）的数量＝负离子数＋少子（自由电子）的数量

二、PN 结的形成及其单向导电性

1、PN 结的形成

半导体中的载流子有两种有序运动：载流子在浓度差作用下的扩散运动和电场作

用下的漂移运动。

PN

结的形成：在同一块半导体上形成 P 型和 N 型半导体区域，在这两个区域的交

界处，当多子扩散与少子漂移达到动态平衡时，空间电荷区（亦称为耗尽层或势垒

区）的宽度基本上稳定下来，PN 结就形成了。

2、PN 结的单相导电性

当 P 区的电位高于 N 区的电位时，称为加正向电压（或称为正向偏置），此时，

PN 结导通，呈现低电阻，流过 mA 级电流，相当于开关闭合；

当 N 区的电位高于 P 区的电位时，称为加反向电压（或称为反向偏置），此时，

PN 结截止，呈现高电阻，流过 μA 级电流，相当于开关断开。

PN 结是半导体的基本结构单元，其基本特性是单向导电性：即当外加电压极性不

同时，PN 结表现出截然不同的导电性能。

PN

结的单向导电性：PN 结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电

流；PN 结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。

PN

结的反向击穿特性：当 PN 结的反向电压增大到一定值时，反向电流随电压数

值的增加而急剧增大。

PN 结的反向击穿有两类：齐纳击穿和雪崩击穿。无论发生哪种击穿，若对其电流

不加以限制，都可能造成 PN 结的永久性损坏。

2、PN 结温度特性

当温度升高时，PN 结的反向电流增大，正向导通电压减小，这也是半导体器件热

稳定性差的主要原因。

3、PN 结电容效应

PN 结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定：一是势垒电容 C

B

，二是扩

散电容 C

D

，它们均为非线性电容。

5

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