项目一半导体器件基础

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1、半导体的基础知识1.本征半导体2.杂质半导体3.PN结本征半导体—1、本征半导体半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。纯净的不含任何杂质的半导体。如硅、锗单晶体。自由运动的带电粒子。载流子—共价键—相邻原子共有价电子所形成的束缚。半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。半导体的原子结构和简化模型元素半导体硅和锗共同的特点：原子最外层的电子（价电子）数均为4。图1.1.1硅和锗的原子结构和简化模型空穴自由电子图硅单晶共价键结构图本征激发产生电子－空穴对本征半导体—纯净的不含任何杂质的半导体。如硅、锗单晶体。共价键—相邻原子共有价电子所形成的束缚。载流子—自由运动的带电粒子。电

2、子空穴对本征激发产生自由电子和空穴对复合使自由电子空穴对消失图本征激发和复合的过程半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。一定温度下,激发和复合达到动态平衡,载流子的浓度一定结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。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。2、杂质半导体一、N型半导体在纯净的硅或锗晶体中掺入少量的5价元素（如磷）。+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子N型半导体的特点：①两种载流子中自由电子是多子，空穴是少子；②主要靠自由电子导电。N型半导体的简化图示多数载流子少数载流

3、子正离子二、P型半导体在纯净的硅或锗晶体中掺入少量的3价元素（如硼）。+3+4+4+4+4+4空穴硼原子P型半导体的特点：①空穴是多子，自由电子是少子；②主要靠空穴导电。P型半导体的简化图示负离子多数载流子少数载流子3、PN结一、PN结的形成多子扩散运动内电场促进少子漂移运动空间电荷区杂质离子形成空间电荷区PN结内电场建立内电场阻止多子扩散运动（一定宽度）动态平衡图PN结的形成所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。1、空间电荷区中没有载流子。注意:2、空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴、N区中的电子（都是多子）向对方运动（

4、扩散运动）。二、PN结的单向导电性1.PN结外加正向电压时处于导通状态－－－－++++REPN内电场外电场内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。PN结呈现低阻性。+变薄PN结加上正向电压、正向偏置的意思是：P区加正、N区加负电压。2.PN结外加反向电压时处于截止状态－－－－++++REPN内电场外电场+内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流，PN结呈现高阻性。PN结加上反向电压、反向偏置的意思是：P区加负、N区加正电压。变厚PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂

5、移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。三、PN结的伏安特性反向饱和电流加正向电压时加反向电压时反向击穿OV/VI/mA正向特性电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：(Zener)雪崩击穿：—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。反向击穿类型：反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场使电子加速，动能增大，撞击使载流子数突增。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。PN结的电容效应1.势垒电容CB2.扩散电容CD(1)势垒电容CB图9势垒电容示意图外加电压变化空间电荷区的厚度改变多子浓度梯度变化(2)扩散电容CD

6、外加正向电压变化图10扩散电容示意图小结1.本征半导体、N型半导体、P型半导体的特点2.PN结的形成及特性半导体二极管1半导体二极管的结构和类型2二极管的伏安特性3二极管的主要参数4特殊二极管1半导体二极管的结构和类型构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型符号：PN实质上就是一个PN结+阳极PN-阴极点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线面接触型N型锗PN结正极引线铝合金小球底座金锑合金正极引线负极引线集成电路中平面型PNP型支持衬底(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

7、。(a)点接触型二极管的结构示意图(c)平面型(3)平面型二极管—往往用于集成电路制造工艺中。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)面接触型半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：二极管实物图2二极管的伏安特性UI反向击穿电压UBR导通压降:硅管0.6~0.8V,锗管0.1~0.3V。死区电压硅管0.5V,锗管0.1V正向特性反向击穿半导体二极管的伏安特性曲线1、正