模电半导体基础

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1、第一章常用半导体器件第一节半导体基础知识内容简介本节首先介绍本征半导体的导电性能和特点，进而从原子结构给与解释。先讨论PN结的形成和PN结的特性，然后介绍PN结的电界效应。知识教学目标1.丫解半导体基础知识；2.本征半导体与杂质半导体；3.学握PN结的单向导电特性以及PN结的电容效应；题目：半导体、PN结教学目标：了解木征肀异体，杂质肀异体的区别，从而得出肀异体特性。记住肀异体PN结的特性。教学重点：1、半导体特性；2、半导体PN结的特性；教学难点：1、半导体单向导电性。2、半导体PN结分别加正反向电压

2、导通与截止的特性。教学方法：讲授教具：多媒体课件新课导入：电子技术基础是我们这学期新开的一门专业课，它包含各个基本小型电路的介绍及使用分析，这次课我们來学习-•种材质：半导体。为以后的电路分析打不基础。新授：从导电性能上看，通常可将物质为三大类：导体：电阻率，缘体：电阻率，半导体：电阻率P介于前两者之M。目前制造半导体器件材料用得最多的柯：单一元素的半导体——硅(Si)和锗(Ge);化合物半导体——砷化镓(GaAs)。图1.1.1半导体示例1.1.1本征半导体了解：纯净的半导体称为本征半导体。用于制造半

3、导体器件的纯硅和锗都是四价元素，其最外层原子轨道上有四个电子（称为价电子）。在单品结构中，由于原子排列的有序性，价电子为相邻的原子所共有，形成图1.1.2所示的共价健结构，图屮+4代表四价元素原子核和内层电子所具有的净电荷。共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能景，从而摆脱共价键的约朿成为&由电子，同吋在共价键上贸下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。在外电场作用下，自由电了产生定向移动，形成电子电流；同时价电了也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。来缚电子囝1.12本征

4、半导体络构因此，半异体屮有&由电子和空穴两种载流参与异电，分别形成电子电流和空穴电流，这一点与金属异体的导电机理不同。1.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微景的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因足掺杂半导体的某种载流子浓度人人增加。一、N型半导体若在四价的硅或锗的品体中掺入少量的五价元素（如磷、锑、砷等），则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，这个电子儿乎不受束缚，很界易被激发而成为tl由电子，这样

5、，在该半导体屮就存在人量的£）由电子载流子，空穴是少数载流子，这种半异体就是N型半异体囝1.1.4P型半雜概构阁1.1.3N型半导体结构二、P型半导体若在叫价的硅或锗的晶体屮少景的三价元素，如硼，晶体点阵十的菜些平•异体原子被杂质収代，硼原子的最外层奋三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键吋，产生一个空穴。这个空穴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屯的离子，WiW在该半导体中就存在大量的空穴载流子，当然，其中还有少数山于本征激发而产生的自山电子，如图1.1.4所示。需要指出的足,无论

6、足N型还足P型半导体，都足呈电屮性的。*综上所述，半导体特性：*1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。2、在一定温度下，本征半导体因本征激发fflj产生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。*3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。4、P型半导体屮空穴足多子，tl由电子足少子。N型半导体中由电子足多子，空穴足少子*5.半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。1.1.3PN结一、PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导

7、体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。PN结是多数载流子的扩散运动和少数载流子的漂移运动相较景,最终达到动态平衡的必然结果，相当于两个区之间没奋电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。P型半导体N型半导体©°0°©°00QOQOQO空间电荷区©©QO㊀0㊀0©©©二、PN结的单向导电性1、PN结的偏置PN结加上正向屯压（正向偏置）的意思都是：P区加j

8、•:、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结正偏/R-々穴.:©:©（多数）：©:①•:©

9、:©（多败〉变薄f*—N屯T-jOOJ©©（少数㊀㊉㊉;iQQ:④㊉空穴:㊀㊀㊉！（少数）内410外电4■Ph—内电场昇111场-^l>H囝1.1.7PN结反向偏迓囝1.1.6PW结正向偏逐如上图1.1.6所示，当PN结正偏时，外加电源形成的电场加强了载流子的扩散运动，削弱了内电场，耗尽层变薄，因而多了的扩散运动形成r较大的扩散电流。用流程图表述如下：pn结正偏.►外电场削弱内电场.►耗尽层变薄.►扩散运动.►漂移运动.►多子扩散运动形成