《半导体器件》ppt课件

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1、第1章半导体器件1.1半导体的基本知识1.2半导体二极管1.3晶体管1.4场效应管1.1半导体的基本知识1.1.1什么是半导体自然界物质按导电能力分类：导体：导电能力最强，电解液，碳，金属，金属元素价电子数少于4个绝缘体：导电能力最弱，橡胶，石英，价电子数8个半导体：导电能力介于二者之间，价电子数4个常用的半导体材料有：元素半导体：硅（Si）、锗（Ge）化合物半导体：砷化镓（GaAs）1.1.2本征半导体半导体材料硅（Si）锗（Ge）的原子结构与共价键外层电子（价电子）数4个，价电子受原子核的束缚力最小，决定其化学性质本征半导体：完全纯净、结构完整的

2、半导体晶体。纯度：99.9999999%，“九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。T=0K且无外界激发，只有束缚电子，没有自由电子，本征半导体相当于绝缘体T=300K，本征激发，少量束缚电子摆脱共价键成为自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键内的电子称为束缚电子挣脱原子核束缚的电子称为自由电子本征半导体半导体导电的两个方面自由电子的运动束缚电子的运动与金属导电相比，金属导电只有自由电子的运动，因为金属没有共价键，而半导体有共价键,所以有两个方面空穴直接描述束缚电子的运动不太方便用我们假想的（自然界不存在的）、带正电的、与束缚电子反方向运动的

3、那么一种粒子来描述束缚电子的运动比较方便，这种粒子起名叫做“空穴”半导体中的载流子自由电子空穴本征半导体中的自由电子和空穴成对出现本征半导体的特性：（1）热敏特性（2）光敏特性（3）搀杂特性三种方式都可使本征半导体中的载流子数目增加，导电能力增强，但是并不是当做导体来使用，因为与导体相比，导电能力还差得远。杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高掺入三价元素，如B形成P型半导体，也称空穴型半导体掺入五价元素，如P形成N型半导体，也称电子型半导体1.1.3杂质半导体一、N型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半导

4、体中掺入五价元素如P自由电子是多子（杂质、热激发）空穴是少子（热激发）由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子二、P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半导体中掺入三价元素如B自由电子是少子（热激发）空穴是多子（杂质、热激发）因留下的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。本征半导体、杂质半导体有关概念自由电子、空穴N型半导体、P型半导体多数载流子、少数载流子施主杂质、受主杂质杂质半导体虽然比本征半导体中的载流子数目要多得多，导电能力增强，但是也并

5、不能象导体那样被用来传导电能，而是用来形成PN结1.1.4PN结及其单向导电性P区N区浓度差－－扩散运动（多子）载流子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动形成的电流称为扩散电流内电场—漂移运动（少子）内电场阻碍多子向对方的扩散即阻碍扩散运动同时促进少子向对方漂移即促进了漂移运动扩散运动=漂移运动时达到动态平衡一PN结的形成1.交界面出现自由电子、空穴的浓度差别P区N区空穴多自由电子少空穴少自由电子多P区空穴（多子）向N区扩散N区自由电子（多子）向P区扩散同时进行2.扩散的过程中自由电子和空穴复合，留下不能移动的杂质离子，形成内电场3.内电场的出现使

6、少数载流子向对方漂移N区空穴（少子）向P区漂移P区自由电子（少子）向N区漂移同时进行4.刚开始,扩散运动大于漂移运动,最后,扩散运动等于漂移运动,达到动态平衡内电场阻止多子扩散因浓度差多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移扩散运动多子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动扩散运动产生扩散电流漂移运动少子在电场的作用下向对方漂移,称漂移运动。漂移运动产生漂移电流。动态平衡扩散电流=漂移电流，PN结内总电流=0。PN结稳定的空间电荷区又称高阻区也称耗尽层1.PN结加正向电压时的导电情况外电场方向与PN结内电场方向相反

7、，削弱了内电场。动态平衡被打破。于是内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响。空间电荷区变窄，P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；内外二PN结的单向导电性PN结呈现低阻性电压的真实方向2.PN结加反向电压时的导电情况外电场与PN结内电场方向相同，增强内电场。内电场对多子扩散运动阻碍增强，扩散电流大大减小。少子在内电场的作用下形成的漂移电流加大。此时PN结区少子漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流。但是漂移电流本身就很小，因为是少子形成的ＰＮ结变宽P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压

8、，简称反偏；内外PN结呈现高阻性电压的真实方向由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。PN结加正向电压时，呈