半导体晶体管.pdf

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1、YANGZHOUUNIVERSITYCHINA第6章半导体晶体管CollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINA5.1晶体管晶体管又称半导体管，半导体是一类导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。目前，制造晶体管的半导体材料多数是锗(Ge)和硅(Si)。因为这些物质呈晶体结构，所以称之为半导体晶体管，简称晶体管或半导体管。发明者：肖克利，巴本和布拉坦，获1956年Nobel奖。CollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINA晶体

2、二极管双极型晶体管场效应晶体管可控硅。CollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINA一.晶体二极管CollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINACollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINACollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINA1、PN结与二极管的单向导电性用一定的工艺方法把

3、P型和N型半导体紧密地结合在一起，就会在其交界面处形成空间电荷区叫PN结。当PN结两端加上不同极性的直流电压时，其导电性能将产生很大差异。这就是PN结单向导电性。CollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINA本征半导体本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。自由电子共价键空穴用得最多的半导体是硅或锗,它们都是四价元素。将硅或锗材料提纯并SiSi形成单晶体后，便形成共价键结构。在获得一定能量(热、光等)后，少量价电子即可挣脱共价键的束缚成为自SiSi由电子，同时在共价键中就留下一个空

4、位，称为空穴。自由电子和空穴总本征半导体中自由是成对出现，同时又不断复合。电子和空穴的形成CollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINA在外电场的作用下，自由电子逆着电场方向定电子移动方向向运动形成电子电流。带正电的空穴吸引相邻原子中的价电子来填补，而在SiSiSi该原子的共价键中产生另一个空穴。空穴被填补和SiSiSiSi相继产生的现象，可以看成空穴顺着电场方向移空穴移动方向动，形成空穴电流。外电场方向可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们都能参与导电。CollegeofPhys

5、icsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINAN型半导体和P型半导体本征半导体中由于多余价电子载流子数量极少，导电能力很低。如果在其中SiSiPSi参入微量的杂质(某种元素)将使其导电能力大大SiSiSiSi增强。1.N型半导体在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为N型半导体。CollegeofPhysicsScience&

6、TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINA2.P型半导体空穴在硅或锗的晶体中价电子填补空位空位掺入三价元素硼，在组成共价键时将因缺少一SiSiBBSi个电子而产生一个空位，相邻硅原子的价电子很容易填补这个空SiSiSiSi位，而在该原子中便产生一个空穴，使空穴的数量大大增加，成为多数载流子，电子是少数载流子，将这种半导体称为P型半导体。CollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINAPN结的形成用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成P型半导体区域和N型半导体区域，

7、在这两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。PN结P区N区内电场方向N区的电子向P区扩散并与空穴复合CollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINAPN结的单向导电性(1)外加正向电压外电场驱使P空间电荷区变窄区的空穴进入空间N区电子进入空间电荷区P区电荷区抵消一部分负空间电荷抵消一部分正空间电荷N区I内电场方向扩散运动增强，形R外电场方向成较大的正向电流ECollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINA外加反向电

8、压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走多数载流子的扩散运动