(模拟电子技术知识基础)第2讲半导体基础知识.pptVIP

1 模拟电子技术基础 第二讲 半导体基础知识 2 待解决问题： 半导体中载流子如何运动？ PN结的特性？ 3 第二讲 半导体基础知识 一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应 半导体－－导电性介于导体与绝缘体之间的物质。 常用的如硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 他们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。 一、本征半导体 从导电性能的角度，如何对各种物质如何进行划分？ 1、什么是半导体？ 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。 5 1、本征半导体及其结构 由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子。 自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴成对产生，数量相等； 自由电子与空穴相碰则同时消失，称为复合。 共价键 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。 无杂质 稳定的结构 本征半导体是纯净的单晶体结构的半导体。 动画1 晶格 8 2. P型半导体 硼（B） 多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强。 动画4 杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？ 如何控制半导体的导电性？ 控制多子（掺杂体）的浓度。 “P”的含义？ 9 三、PN结的形成及其单向导电性 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。 P区空穴浓度远高于N区。 N区自由电子浓度远高于P区。 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场，不利于扩散运动的继续进行。 10 PN结的形成 因电场作用所产生的运动称为漂移运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行； 内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。 动画5 11 PN结加正向电压： 耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。 PN结加反向电压： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。 PN结的单向导电性 动画7 动画6 12 四、PN结的电容效应 1. 势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。 2. 扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd 。 结电容： 动画8 13 自测题 （1）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。（ ） （2）因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（ ） （3）PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。 （ ） （4）PN结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 A 14 作业： 1、预习第3章，3.2 2、教材习题， P60：3.2 （1），（2）