《半导体PN结》PPT课件

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1、第一章半导体器件本章是本课程的基础，应着重掌握以下要点：（1）半导体的导电特性。（2）PN结的形成及其单向导电性（3）三极管的结构、类型及其电流放大原理（4）三极管的特性及其主要参数本章内容：§1.1半导体基础知识§1.2PN结§1.3半导体二极管§1.4半导体三极管11.1.1本征半导体1）导体、半导体和绝缘体导体：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。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。§1.1半导体的基本知识2半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不

2、同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。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。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，如硅Si、锗Ge、砷化镓GaAs以及一些硫化物、氧化物等。3本征半导体——化学成分纯净的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。2）本征半导体硅(锗)的原子结构简化模型惯性核价电子(束缚电子)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。它在物理结构上呈单晶体形态。4(1）本征半导体的共价键结构硅和

3、锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。硅和锗的晶体结构：5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6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。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，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+47（2）电子空穴对当

4、温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有些获得足够的能量的价电子可以挣脱原子核的束缚，成为自由电子。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，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。这一现象称为本征激发，也称热激发。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着，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。8+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子可见：因热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。9游离的部分自由电子在运

5、动中也可能回到空穴中去。自由电子和空穴相遇重新结合成对消失的过程，称为复合。这一现象称为复合。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。本征激发和复合的过程10(3)本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的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，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。11温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是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

6、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。自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。空穴的运动=相邻共价键中的价电子反向依次填补空穴位来实现的12本征激发：在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位（空穴）的过程。复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。漂移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。两种载流子电子（自由电子）空穴两种载流子的运动自由电子（在共价键以外）的运动空穴（在共价键以内）的运动结论:1.本征半导体的电子空穴成对出现,且数量

7、少；2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。常温下。电子-空穴对仅为三万亿分子一。总结131.1.2杂质半导体1）本征半导体缺点？(1)电子浓度=空穴浓度；(2)载流子少，导电性差，温度稳定性差！在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，就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浓度大大增加。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2）杂质半导体14(1）N型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，即可形成N型半导体,也称电子型半

8、导体。因五