第1章 半导体器件基础课件

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1、主讲:刘园园模拟电子技术基础2011年2月liuyuanyuan0307@163.com13509851820第一章半导体器件基础1.1半导体的基础知识1.3晶体三极管1.4场效应管1.2半导体二极管内容1.1半导体的基础知识1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.3ＰＮ结半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。1.1.1本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si硅原子Ge锗原子半导体的共价键结构半导体

2、的共价键结构价电子+4表示除去价电子后的原子共价键共用电子对本征半导体——完全纯净的、结构完整的半导体晶体，本征半导体的导电能力很弱。载流子——可以自由移动的带电粒子。7电子空穴对当T=0K和无外界激发时，导体中没有载流子，不导电。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子——本征激发。自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，这个空位为空穴。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子因本征激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。本征

3、激发动画1-1空穴空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动。1.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。1.N型半导体因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由本征激

4、发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。2.P型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由本征激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体多子：自由电子少子：空穴多子：空穴少子：自由电子1.PN结的形成1

5、.1.3PN结在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动(多子)内电场E漂移运动（少子）空间电荷区PN结处载流子的运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场EPN结处载流子的运动内电场越强，就使漂移运动越强，

6、而漂移使空间电荷区变薄。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场EPN结处载流子的运动所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。总结：空间电荷区，也称为耗尽层，形成的内电场，抑制多子的扩散运动，有利于少子的漂移运动，最终达到动态平衡。PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是：P区加负、N区加正电压。2．PN结的单向导电特性P

7、N结正向偏置－－－－++++内电场减弱，使扩散加强，扩散飘移，正向电流大空间电荷区变薄PN+_正向电流PN结反向偏置－－－－++++空间电荷区变厚NP+_++++－－－－内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流很小，A级PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。－外壳(阴极)(阳极)PN阳极引线阴极引线VD－＋(阴极)（a）结构　　（b）电路符号（c）实物外形图1.6二极管结构、符号及外形1.2半导体二极管

8、1.2.1二极管的结构及符号半导体二极管图片图1.7二极管伏安特性曲线1.2.2半导体二极管的伏安特性Ｕ（BR）Ｕ/VI/mABB′-50.20.40.60.8C′D′DC硅锗ISＵ（ON）1