《半导体器件课时》PPT课件

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1、第九章半导体器件第九章半导体器件9-1PN结及半导体二极管9-3晶体管9-4场效应管9-2特殊二极管一、半导体材料元素半导体材料有硅Si和锗Ge等,它们都是4价元素.化合物半导体由大多数金属氧化物、硫化物及砷化物组成等。导电特点:1、其能力容易受温度、光照等环境因素影响2、在纯净的半导体中掺入微量杂质可以显著提高导电能力二、半导体的共价键结构硅原子锗原子硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。概述本征半导体的共价键结构束缚电子在绝对温度T=0K和没有外界激发时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为

2、自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。1、本征半导体—化学成分纯净的半导体,它在物理结构上呈单晶体形态。制做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”。三、本征半导体2、本征激发----在室温下，价电子就会获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子的现象。空穴——共价键中的空位。看作是带正电的粒子，所带电量与电子相等，符号相反由于热激发而产生的自由电子自由电子移走后留下的空穴本征半导体内，自由电子和空穴总是成对出现，因此自由电子和空穴数相等，整个晶体仍

3、呈电中性。AVI0/1-1.AVI自由电子带负电荷电子流＋总电流载流子空穴带正电荷空穴流3、空穴的移动——空穴的移动是靠相邻共价键中的价电子在外加电场或其他能源的作用下依次填补空穴来实现的。空穴的移动方向和自由电子的移动方向相反。空穴和自由电子的移动形成电流，两者均是载流子。导电机理*半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑AVI0/1-2.AVI杂质半导体-----在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体。1、N型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，

4、砷等，称为N型半导体。四、杂质半导体硅原子多余电子磷原子++++++++++++N型半导体电子空穴对自由电子施主离子多数载流子——自由电子少数载流子——空穴在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等，称为P型半导体。空穴硼原子硅原子多数载流子——空穴少数载流子——自由电子－－－－－－－－－－－－P型半导体受主离子空穴电子空穴对2、P型半导体一、PN结的形成1、浓度差多子的扩散运动2、扩散空间电荷区内电场3、内电场少子的漂移运动阻止多子的扩散4、扩散与漂移达到动态平衡载流子的运动：扩散运动——浓度差产生

5、的载流子移动漂移运动——在电场作用下，载流子的移动P区N区扩散：空穴电子漂移：电子空穴形成过程可分成4步：内电场9-1PN结及半导体二极管AVI0/1-3.AVIPN结形成的物理过程：因浓度差空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动杂质离子形成空间电荷区对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。扩散>漂移否是宽二、PN结的单向导电性只有在外加电压时才…扩散与漂

6、移的动态平衡将…定义：加正向电压，简称正偏加反向电压，简称反偏扩散>漂移大的正向扩散电流（多子）低电阻正向导通漂移>扩散很小的反向漂移电流（少子）高电阻反向截止AVI0/1-4.AVIAVI0/1-5.AVIPN结的伏安特性1、PN结的伏安特性特性平坦反向截止一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的陡峭电阻小正向导通非线性2、PN结的反向击穿当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。热击穿——不可逆雪崩击穿齐纳击穿电击穿——可逆三、半导体二极管半导体

7、二极管图片1、半导体二极管的结构在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。(1)点接触型二极管PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。(a)点接触型二极管的结构示意图(3)平面型二极管往往用于集成电路制造艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型(c)平面型(4)二极管的代表符号2、二极管的伏安特性硅二极管2CP10的V-I特性锗二极管2AP15的V-I特性正向特性反向

8、特性反向击穿特性Vth=0.5V（硅管）Vth=0.1V（锗管）注意：1、死区电压（门坎电压）3、反向饱和电流硅管：0.1A；锗管：10A2、正向压降硅管VD：0.6~0.8V（常取0.7V）锗管VD：0.2~0.3V（常取0.2V）3、二极管的参数(1)最大整流电流IF(2)反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM(3)反向电流IR(4)正向压降VF(5)极间电容CB硅二极管2