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时间:2018-12-04
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1、电子技术0第十四章半导体器件(1-1)第十四章二极管和晶体管§14.1半导体的导电特性§14.2PN结及其单向导电性§14.3二极管§14.4稳压二极管§14.5双极型晶体管2导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是导体。绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。§14.1半导体的导电特性3半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点。例如:当受外界热和光的作用时,它
2、的导电能力明显变化--热敏特性、光敏特性。往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使它的导电能力明显改变--掺杂特性。414.1.1本征半导体一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。现代电子学中,用的最多的半导体是硅(Si)和锗(Ge),它们的最外层电子(价电子)都是四个。5本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中,原子按四角形系统构成晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而相邻四个原子位于四面体的顶点,每个原子与其相邻的原子之间形成共价键,共用一对价电子。硅和锗的晶体结构:6
3、硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子7共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子,常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,所以本征半导体的导电能力很弱。共价键形成后,每个原子最外层电子是八个,构成稳定结构。共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。+4+4+4+48二、本征半导体的导电机理在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚,本征半导体中没有可以运动的带电粒子(即载流子),它的导电能力为0,相当于绝缘体。在常温
4、下,由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴。1.载流子、自由电子和空穴9+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子自由电子、空穴成对出现102.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下,空穴可吸引附近的电子来填补,其结果相当于空穴的迁移,而空穴的迁移相当于正电荷的移动,因此可认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子:自由电子和空穴。自由电子:在晶格中运动;空穴:在共价键中运动11温度越高,载流子的浓度越高,本征半导体的导电能力越强,温度是
5、影响半导体性能的一个重要的外部因素,这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成:1.自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。1214.1.2N型半导体和P型半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质,会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子的浓度大大增加。P型半导体:空穴浓度大大增加的杂质半导体,也称为(空穴半导体)。N型半导体:自由电子浓度大大增加的杂质半导体,也称为(电子半导体)。13一、N型半导体+4+5+4+4多余电子磷原子在硅或锗晶体中掺入
6、少量的五价元素磷(或锑),晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代,磷原子的最外层有五个价电子,其中四个与相邻的半导体原子形成共价键,必定多出一个电子,这个电子几乎不受束缚,很容易被激发而成为自由电子,这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子,称为施主原子。14N型半导体中的载流子是什么?1.由施主原子提供的电子,浓度与施主原子相同。2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。因掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少子)。15二
7、、P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量三价元素硼(或铟),晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代,硼原子的最外层有三个价电子,与相邻的半导体原子形成共价键时,产生一个空位。这个空位可能吸引束缚电子来填补,使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子,所以称为受主原子。+4+4+3+4空位硼原子P型半导体中空穴是多子,电子是少子。空穴16三、杂质半导体的示意表示法------------------------P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体杂质型半导体中多子和少子的移动都可形成电流,
8、但由于数量关系,起导电作用的主要是多子,受温度影响较小。一般近似认为多子与杂质浓度相等。174.在外加电压作用下,P型半导体中电流主要是,N型半导体中电流主要是。(a.电子电流、b.空穴电流)1.在杂质半导体中多子的数量与(a.掺杂浓度、b.温度)有关。2.在杂质半导体中少子的数量与(a.
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