第1章—01-半导体基础知识.pptVIP

模拟电子技术基础 第1章 常用半导体器件 问题 为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？ 为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？ 为什么半导体器件有最高工作频率？ * 电子系 2010年9月 Electronic Department Sep. 2010 问题： 1.为什么用半导体材料制作电子器件？ 2.什么是空穴？空穴导电时电子运动吗 3.P型和N型半导体的概念是什么？ 4.PN结上所加的电压和电流符合欧姆定律吗？ 5.常用电子器件主要有哪些？ 6.各种器件有何功能？ 7.晶体管和场效应管为什么可以用于放大信号？ 第一章.常用半导体器件 1.1、半导体的基础知识 1.2、半导体二极管 1.3、晶体三极管 1.4、场效应管 第一章 常用半导体器件 一、半导体特性 二、本征半导体 三、杂质半导体 四、PN结 1.1. 半导体基础知识 ? 什么是半导体？ 导 体: 导电率为105s.cm-1，量级，如金属。（S:西门子) 绝缘体: 导电率为10-22～10-14 s.cm-1量级，如：橡胶、云母、塑料，He,Ne,Ar,Ke,Xe,Rn等惰性气体。 导电能力介于导体和绝缘体之间。如：硅14、锗32、砷化镓等。 半导体: ? 半导体特性 掺入杂质则导电率增加几百倍 掺杂特性 半导体器件 温度增加使导电率大为增加 温度特性 热敏器件 光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势 光照特性 光敏器件 光电器件 一、半导体特性 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 +4 晶体特征 在晶体中，质点的排列有一定的规律。 硅（锗）的原子结构简化模型 价电子 正离子 注意：为了方便，原子结构常用二维结构描述，实际上是三维结构。 二、本征半导体 锗晶体的共价键结构示意图 半导体能带结构示意图 价带中留下的空位称为空穴 导带 自由电子定向移动 形成电子流 ? 本征半导体的原子结构和共价键 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 共价键内的电子 称为束缚电子 价带 禁带EG 外电场E 束缚电子填补空穴的 定向移动形成空穴流 二、本征半导体 挣脱原子核束缚的电子 称为自由电子 1. 本征半导体中有两种载流子 — 自由电子和空穴 它们是成对出现的 2. 在外电场的作用下，产生电流 — 电子流和空穴流 电子流 自由电子作定向运动形成的 方向与外电场方向相反 自由电子始终在导带内运动 空穴流 价电子递补空穴形成的 方向与外电场方向相同 始终在价带内运动 二、本征半导体 3. 注意：本征半导体在热力学零度（0K）和没有外界能量激发下，晶体内无自由电子，不导电。 载流子概念：运载电荷的粒子。 ? 本征半导体的载流子的浓度 电子浓度 ni :表示单位体积内的自由电子数 空穴浓度 pi :表示单位体积内的空穴数。 A0 — 与材料有关的常数 EG0 — 禁带宽度 T — 绝对温度 k — 玻尔曼常数 结论 1. 本征半导体中 电子浓度ni = 空穴浓度pi 2. 载流子的浓度与T、EG0有关 二、本征半导体 ? 载流子的产生与复合 g——载流子的产生率 即每秒成对产生的电子空穴的浓度。 R——载流子的复合率 即每秒成对复合的电子空穴的浓度。 当达到动态平衡时 g=R R = r nipi 其中r—复合系数，与材料有关。 二、本征半导体 三、杂质半导体 杂质半导体 掺入杂质的本征半导体。 掺杂后半导体的导电率大为提高。 掺入的三价元素如B（硼）、Al（铝） 等，形成P型半导体，也称空穴型半导体。 掺入的五价元素如P（磷） 、砷等，形成N型半导体，也称电子型半导体。 ? N型半导体 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +5 +5 在本征半导体中掺入的五价元素，如P。 价带 导带 + + + + + + + 施主能级 自由电子是多子（即多数载流子） 空穴是少子 杂质原子提供 由热激发形成 由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子。 三、杂质半导体 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +5 +5 自由电子是多子（即多数载流子） 空穴是少子 问题：与本征半导体相比，N型半导体中空穴多了？还是少了？ ? N型半导体 举例：锗原子密度为4.4×1022/cm3 ，锗本征半导ni=2.5×1013/cm3，若每