第六章 半导体器件基本特性.pptVIP

[计算机电路] [电路分析与电子技术基础] 王金矿 Foreword 一、半导体基础知识 按导电的性能可以将物质分为导体、绝缘体和半导体。物质的导电性能取决于物质的原子结构。 1. 本征半导体(intrinsic semiconductor) 完全纯净的、结构完整的半导体称为本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si—Silicon)和锗(Ge—Germaniun)。 第六章 半导体器件的基本特性 -4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 共价键 价电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 自由电子 空穴 载流子形成与复合：价电子获得能量后摆脱原子核的束缚成为自由电子、空穴对，当自由电子填补空穴后就是复合。 本征半导体载流子的浓度，除与半导体材料本身性质有关外，还与温度有关，且ni=pi 。 2.杂质半导体(impurity semiconductor) 本征半导体中的载流子浓度很低，导电性能也很弱，掺入少量杂质，其导电性能将发生质的变化。 +4 +4 +4 +4 +5 +4 +4 +4 +4 自由电子 施主原子 (1)N型半导体(N -type semiconductor) 在半导体中掺入5价元素，多出的电子不受共价键的约束，仅受到自身原子核的约束，所以只要得到较少的能量就可以成为自由电子。同时，还会有些价电子摆脱共价键约束，形成电子空穴对。显然，在这种杂质的半导体中自由电子的浓度远远大于空穴浓度。即 nnpn 故导电主要靠自由电子。自由电子称为多数载流子，空穴称为少数载流子。多数载流子的浓度取决于掺杂的浓度，少数载流子是半导体材料共价键提供的，主要取决于温度。 可以证明电子与空穴的浓度有如下关系： 根据原子理论中的“不相容”原理--同一能级中，最多只能容纳两个自旋方向相反的电子和贾米·狄拉克分布函数可以证明以上等式。 (2)P型半导体(P -type semiconductor) 在半导体中掺入3价元素，当它与周围的锗原子组成共价键时，在缺少电子的地方形成一个空穴。其它共价键的电子只需较小的能量就可以摆脱原子核束缚移到此空穴，从而形成新的空穴。显然在这种掺杂半导体中，空穴的浓度大于自由电子的浓度，所以多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子。 ppnp +4 +4 +4 +4 +3 +4 +4 +4 +4 受主原子 空穴 二、PN结及半导体二极管 在一块本征半导体上，用工艺的办法使一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，则在两种半导体的交界处形成一个P-N结。P-N结是一切半导体器件的基础。 1. 异型半导体的接触现象 扩散—浓度差异导致的载流子移动 P区 N区 自建场 耗尽区 P区 空间电荷区 N区 2. PN结的单向导电特性 漂移—在电场作用下载流子的定向移动 U R + - 自建场 I 外电场 P区 N区 U R - + 自建场 I 外电场 P区 N区 3. 半导体二极管 (1)半导体二极管的结构 金属触丝 N型锗片 阳极引线 阴极引线 外壳 (a) 点接触型 阳极引线 二氧化硅保护层 P型硅 阴极引线 (b) 平面型 N型硅 铝合金小球 阳极引线 PN