耿苏燕主编模拟电子技术基础第2版电子教案 1.1 半导体基础知识.pptVIP

1.1 半导体基础知识 1.1.1 本征半导体 1.1.2 杂质半导体 1.1.3 PN结 1.1 复习要点 * * * 1.1.1 本征半导体 1.1.2 杂质半导体 1.1.3 PN结 半导体 — 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质 一、何谓半导体和本征半导体 常用：硅 Si、锗 Ge、砷化镓 GaAs 本征半导体 — 纯净的单晶半导体 二、本征半导体的结构和导电机理 硅(锗)的原子结构模型 表示四价元素原子核和 内层电子所具有的净电荷 硅(锗)的晶格结构示意图 二、本征半导体的结构和导电机理 共价键 本征激发，成对产生自由电子和空穴 有两种载流子导电：空穴带正电，电子带负电 复合 动态平衡 温度一定时，自由电子-空穴对的浓度一定。温度升高或受光照时，载流子浓度增大 常温下导电性能差 硅(锗)的晶格结构示意图 掺杂后的半导体称为杂质半导体 其导电能力大大增强，导电性能得到改善。 掺入五价杂质元素（如磷、砷、锑）? N型半导体 掺入三价杂质元素（如硼、铝、铟）? P型半导体 一、N 型半导体的结构及导电机理 晶格结构 杂质正离子不是载流子。 多子：自由电子；少子：空穴。 整个半导体呈电中性。 电结构 二、P 型半导体的结构及导电机理 晶格结构 多子：空穴；少子：自由电子。 整个半导体呈电中性。杂质负离子不是载流子。 电结构 三、杂质半导体的导电性能小结 导电性能主要取决于多子浓度。 多子浓度主要由掺杂浓度决定，其值较大且稳定， 故杂质半导体导电性能得到显著改善。 少子对杂质半导体导电性能也有影响，少子由本征 激发产生，其大小随温度升高和光照而增大，故半导体 器件对温度、光照敏感，在应用中要注意温度、光照对 半导体器件及其电路性能的影响。 一、何谓PN 结 PN 结 内电场阻碍扩散运动 促进漂移运动 扩散运动 载流子的扩散运动 一、何谓PN 结 空间电荷区 内电场 空间电荷区及其内电场 达到动态平衡，形成PN 结 二、PN 结的形成 1.1.3 PN结及其单向导电性 二、PN 结的形成 续 动态平衡时：扩散电流 等于漂移电流，流过PN 结的总电流为零。空间 电荷区宽度一定，内电 场强度一定。 接触电位差（或内建电 位差）的大小与半导体 材料、掺杂浓度和温度 有关。 动态平衡时的PN结中的 载流子运动及电流 三、PN 结的单向导电性 加在PN结上的电压称为偏置电压。 若P区端电位高于N区端电位，则称PN结外接正向电压或正向偏置，简称正偏。 PN结正偏时导通，呈现很小的结电阻，产生较大 的正向电流；反偏时截止，呈现很大的结电阻，反向电 流近似为零。这种单方向导通特性称为单向导电性。 反之，若P区端电位高于N区端电位，则称PN结外 接反向电压或反向偏置，简称反偏。 PN 结为何具有单向导电性？ 正向电流 IF ? I扩散 大 正偏时导通 反向饱和电流 IR = I少子漂移 很小? 0 反偏时截止 请留意 正、反偏的接法 四、PN结伏安特性表达式 式中 IS ——反向饱和电流 UT ——温度电压当量 常温下（T=300K）: UT = 26mV i P 区 ＋ _ u P N 玻尔兹曼常数 电子电荷量 热力学温度/绝对温度 五、PN结的反向击穿特性 PN结未损坏，可逆。 电击穿： 热击穿： PN结烧毁，不可逆。 当加于PN结两端的反向电压增大到一定值时， PN结的反向电流将随反向电压的增加而急剧增大， 这种现象称为反向击穿。 自学：知识拓展