第8半导体器件课件

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1、第8章半导体器件8.1半导体基本知识8.2半导体二极管8.3特殊二极管8.4双极型晶体管8.5场效应管电子器件发展：电真空器件（电子管）分立半导体器件（晶体管）集成电路1947年12月，美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿，研制出一种晶体管。于是影响人类文明进程的晶体管就此诞生,在重要性方面可以与印刷术、汽车和电话等发明相提并论。1956年，这三人因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖。1947年制造的第一个晶体管是手工打造，现在一个针头的空间就能塞进去6000多万个32nm晶体管；新型晶体管FinFET：（鳍式场效晶体管，FinFieldEffect

2、Transistor）；利用一层SiO2绝缘薄膜的绝缘硅（SOI，Silicon-On-Insulator）芯片。晶体管的历史：半导体及其特点物质导电性能导体：如金属半导体：如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等绝缘体：如橡皮、陶瓷、塑料和石英半导体的导电能力受外界因素的影响很大：对温度敏感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）掺杂往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变（半导体二极管、三极管、场效应管、晶闸管等半导体器件）对光照敏感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

3、、三极管、光电池等)半导体的这些特点是由其原子结构决定的，正是由于这些特性，才是半导体器件取得了很大发展。8.1半导体基本知识（一）本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体下一节上一页下一页返回应用最多的本征半导体为锗和硅，它们各有四个价电子，都是四价元素.硅的原子结构纯净的半导体其所有的原子基本上整齐排列，形成晶体结构，所以半导体也称为晶体——晶体管名称的由来本征半导体晶体结构中的共价健结构SiSiSiSi共价键价电子晶体结构中的共价键具有很强的结合力，在热力学零度和没有外界能量激发时，价电子没有能力挣脱共价键束缚，这时晶体中几乎没有自由电子，

4、因此不能导电。共价键中的电子在获得一定能量后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子同时在共价键中留下一个空穴。空穴SiSiSiSi自由电子电子空穴对的形成：[AVI1-2]热激发与复合现象由于受热或光照产生自由电子和空穴的现象---热激发自由电子在运动中遇到空穴后，两者同时消失，称为复合现象温度一定时，本征半导体中的自由电子—空穴对的数目基本不变。温度愈高，自由电子—空穴对数目越多。SiSiSiSi自由电子空穴半导体导电方式在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。载流子自由电子和

5、空穴因为，温度愈高，载流子数目愈多，导电性能也就愈好，所以，温度对半导体器件性能的影响很大。SiSiSiSi价电子空穴当半导体两端加上外电压时，自由电子作定向运动形成电子电流；而空穴的运动相当于正电荷的运动本征半导体的导电机理：当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流(1)自由电子作定向运动电子电流(2)价电子递补空穴空穴电流注意：(1)本征半导体中载流子数目极少,数量相等，成对出现，其导电性能很差；(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和

6、空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。（二）杂质半导体定义：渗入少量杂质的半导体1、P型半导体：向本征半导体中渗入少量的3价元素下一节上一页下一页返回掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。SiSiSiSi在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴2、N型半导体：向本征半导体中渗入少量的5价元素下一节上一页下一页返回掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电

7、方式，称为电子半导体或N型半导体。p+SiSiSiSi多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。无论N型或P型半导体都有一种载流子占多数，但整个晶体仍是不带电，只是导电能力增强，常在集成电路中作为电阻元件使用。（三）PN结1、PN结的形成多子的浓度差多子的扩散空间电荷区少子的漂移……扩散=飘移形成稳定的PN结注：PN结的结电容很小下一节上一页下一页返回采用专门制造工艺，使一块硅片的一边为P型，一边为N型，在交界面形成PN结。空间电荷区－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++

8、++++++++++++++++++PN结的形成演示根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区向N区扩散，自由电子要从浓度高的N区