01第1章 半体器件.pptVIP

教 学 目 的 1.熟悉数字电路的基本知识； 2. 掌握半导体二极管、三极管的结构及特性；　 3. 了解场效应管的结构和特性。 教 学 重 点 1. 二极管的伏安特性、主要参数和应用 2. 三极管的放大原理、特性曲线和主要参数 * 第一章 半导体器件 §1.1 半导体的基本知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 双极性半导体三极管 §1.4 场效应管 本章要求 1.1 半导体基本知识 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体有温敏、光敏和掺杂等导电特性。 热敏性： 当环境温度升高时，导电能力显著增强。（可做成温度敏感元件，如热敏电阻） 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。（可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管） 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。（可做成各种不同用途的半导体器件， 如二极管、三极管和晶闸管等） 半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构 它们的最外层电子（价电子）都是四个。每个原子与晶格上相邻的4个原子共享价电子（使最外层达到最稳定的8个电子状态，从而形成共价键。 本征半导体 本征半导体——化学成分纯净的半导体。物理结构上呈单晶体形态。 电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。 晶体中原子的排列方式 价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。 本征半导体 本征半导体——化学成分纯净的半导体。物理结构上呈单晶体形态。 电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。 晶体中原子的排列方式 自由电子 空穴 价电子 自由电子和空穴成对产生的同时，又不断复合。在一定温度下，电子空穴对的产生与复合达到动态平衡，半导体中电子空穴对浓度一定。 本征半导体的导电机理 外电压时，半导体中将出现两部分电流 自由电子作定向运动形成电子电流；类似金属导体导电 相邻价电子递补空穴形成空穴电流。 能够承载电流的粒子称为载流子，半导体含有两种载流子：自由电子和空穴。 本征半导体中载流子浓度极小，导电性能很差； 温度越高，本征半导体中载流子浓度越高，导电能力越强。半导体导电能力受温度影响很大。 300oK时，本征硅的载流子浓度为1.4×1010/cm3，而本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。 1. N型半导体 在本征半导体中加入五价元素，这些五价元素在外层含有五个电子，除了四个与其周围的半导体原子构成共价键，还有一个电子成为自由电子，这种半导体中含有较高的自由电子浓度，自由电子是多数载流子（多子），空穴浓度较低，是少数载流子（少子）。 +5 ? ? +4 ? ? +4 ? ? +4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 余下的这个不受共价键束缚的价电子,在室温下获得的热能也可以使它挣脱原子核的引力而成为自由电子。 5价元素称为施主杂质，它失去一个价电子成为正离子，但不会产生空穴。正离子束缚在晶格中，不能象空穴那样起导电作用。 掺杂5价原子 如果在本征半导体中掺入三价元素，则形成P型半导体，空穴为多数载流子，而自由电子为少数载流子。 2. P 型半导体 +3 ? +4 ? ? +4 ? ? +4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 掺杂的三价元素称为受主杂质，受主杂质接受一个电子后形成一个带负电的负离子但不会产生自由电子。负离子在晶格中不能起导电作用。 掺杂半导体的多子浓度主要由掺杂浓度决定，所以其导电能力也由掺杂浓度决定。 掺杂3价原子 N型半导体中多数载流子是自由电子；P型半导体中多数载流子是空穴。不论是N型半导体还是P型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然是不带电的，宏观上保持电中性。 PN结 PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体。将P型半导体和N型半导体结合在一起， P型 N型 + + - - E 在P型半导体一侧，空穴浓度较高，而在N型半导体一侧，自由电子浓度较高，因此，界面处存在载流子浓度梯度，产生多数载流子向对面的扩散运动， 随着扩散的进行界面附近载流子不断复合，留下带电离子形成空间电荷区（耗尽区），建立起内建电场E阻止多子扩散进一步进行。 另一方面，对进入空间电荷区的少子，内建电场又将其驱动到对面（漂移运动），在一定温度下，如果无外界电场的作用，达到动态平衡，形成所谓PN结。这时的