电子技术教学课件作者赵莹CH1CH1.1课件.pptVIP

半导体器件 第1章 半导体器件 半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，用半导体材料制成的电子器件，称为半导体器件。半导体器件是构成电子电路的基本元件，由于它具有体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小和功率转换效率高等优点而得到广泛的应用。 PN结则是构成各种半导体器件的共同基础。 1.1 半导体 自然界中的物质按照导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，常见的半导体有硅（Si）、锗（Ge）、 硒（Se）和砷化镓（GaAs）及其它金属氧化物和硫化物。 有些半导体对温度的变化非常敏感,利用这种特性可制成各种热敏电阻； 又有些半导体受到光照时，导电能力提高，利用这种特性可制成各种光敏敏电阻; 另外如果在纯净的半导体中加入微量的某种杂质，其导电能力将增加几十万甚至几百万倍，利用这种特性可制成各种半导体器件，如二极管、双极型晶体管、场效应管和晶闸管等。 1.1.1 半导体的导电特征 1. 本征半导体 用来制造半导体器件的材料主要是硅(Si)、锗(Ge)等。 硅和锗的原子结构示意图如图1.1所示。 经高纯度提炼后，其原子排列已变成非常整齐的状态称为晶体， 纯净半导体也称为本征半导体 。硅晶体的平面示意图如图1-2所示 图1-1硅（Si）和锗（Ge）的原子结构图 图1-2 硅原子单晶体的共价键结构 每一个原子的4个价电子分别为相邻的4个原子所共有，组成所谓共价键结构，如图1-3所示 ，硅原子最外层电子共有8个电子，处于较稳定的状态，但不像绝缘体中的价电子所受束缚那样紧，如果从外界获得一定的能量（如光照、升温、电磁场激发等），共价键结构中的一些价电子就可能挣脱原子核的束缚而成为自由电子（Free Electron），这种物理现象称作为本征激发。 共价键中就留下一个空位，称为空穴 在外电场的作用下，这个空穴可能被相邻的价电子所填充 。 同时，失去了一个价电子的相邻原子的共价键中出现另一个空穴，它也可以由相邻的价电子来递补，而在该位置上又出现一个空穴 把空穴运动称为空穴导电 半导体中存在着两种载流子，即带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴 。 在本征半导体内部，自由电子与空穴总是成对出现的，因此将它们称作为电子—空穴对。当自由电子在运动过程中遇到空穴时可能会填充进去从而恢复一个共价键，与此同时，消失一个“电子—空穴”对，这一过程称为复合。 在一定温度条件下，产生的“电子—空穴对”和复合的“电子—空穴对”数量相等时，形成相对平衡，这种相对平衡属于动态平衡，达到动态平衡时，“电子-空穴对”维持一定的数目。 自由电子和空穴两种载流子同时参与导电，这是半导体导电方式的最大特点， 若在本征半导体中掺入少量的杂质元素，就能显著地改善半导体的导电性能。 根据掺入杂质元素的不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体两种。 1. N型半导体 在本征半导体中掺入五价元素磷，可形成N型半导体。如图1-4（a）所示，自由电子导电是这种半导体的主要方式，以自由电子为导电主体的半导体称为N型半导体或电子型半导体。 1.1.2.杂质半导体 2. P型半导体 如果在本征半导体中掺入三价元素硼，就形成了P型半导体。如图1-4（a）所示，空穴是这种半导体的主要方式，以空穴为导电主体的半导体称为P型半导体或空穴型半导体。 图1-4 掺杂半导体共价健结构示意图 （a)N型半导体 （b）P型半导体 注意：无论是N型半导体还是P型半导体，尽管都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然是电中性的。 半导体器件