《半导体基本器》PPT课件

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1、第二章半导体基本器件第二章半导体基本器件2.1半导体二极管PN结的单向导电原理，二极管的伏安特性2.2半导体三极管⑴三极管输出特性中的截止区、放大区和饱和区等概念。⑵三极管共发射极电流放大系数的概念⑶三极管开关电路工作状态的分析方法2.3MOS场效应管⑴MOS场效应管的分类及符号⑵增强型NMOS管的特性曲线2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识1.半导体的载流子──电子和空穴半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si),锗(Ge)。硅和锗的原子结构简化模型硅和锗都是四价元素,原子的最外

2、层轨道上有四个价电子。可运动的带电粒子2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识1.半导体的载流子──电子和空穴本征半导体（纯净的半导体晶体）热激发产生自由电子和空穴室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为“空穴”。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识1.半导体的载流子──电子和空穴空穴运动（与自由电子运动不同）有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价

3、键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识1.半导体的载流子──电子和空穴结论：本征半导体中有两种载流子①带负电荷的自由电子②带正电荷的空穴热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为“复合”。2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识2.N型和P型半导体(1)N型半导体在硅晶体中掺入五价元素磷,多出的一个电子不受共价键的束缚,室温下很容易成为

4、自由电子。磷原子失去一个电子成为正离子（在晶体中不能移动）。每个磷原子都提供一个自由电子，自由电子数目大大增加，远远超过空穴数。这种半导体主要依靠电子导电，称为电子型或N型半导体。2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识2.N型和P型半导体(1)N型半导体自由电子：多数载流子（简称多子）空穴：少数载流子（简称少子）2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识2.N型和P型半导体(2)P型半导体在硅晶体中掺入三价元素硼,硼原子与相邻硅原子组成共价键时由于缺少一个价电子而产生一个空位，这个空位很容易被邻近

5、共价键中的价电子填补。硼原子得到一个电子成为负离子（在晶体中不能移动），失去价电子的共价键中出现一个空穴，每个硼原子都产生一个空穴，空穴数目大大增加，远远超过自由电子数。这种半导体主要依靠空穴导电，称为空穴型或P型半导体。2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识2.N型和P型半导体(2)P型半导体的特点空穴：多数载流子（简称多子）自由电子：少数载流子（简称少子）2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识3.PN结的形成半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂

6、移运动。半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层：PN结2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识3.PN结的形成①多子扩散运动形成空间电荷区由于浓度差，电子和空穴扩散的结果，在交界面处出现由数量相等的正负离子组成的空间电荷区（PN结），并产生由N区指向P区的内电场EIN。②内电场EIN阻止多子扩散，促使少子漂移。③扩散与漂移达

7、到动态平衡形成一定宽度的PN结。2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识4.PN结的单向导电性①外加正向电压（正向偏置）外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到P区，P区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时称PN结处于“导通”状态。2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识4.PN结的单向导电性②外加反向电压（反向偏置）外加电场与内电场方向相同，内电场增强，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流IR，因为是少子漂移运动产生的，IR很小，这时称

8、PN结处于“截止”状态。2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识4.PN结的单向导电性③PN结伏安特性a.外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态b.正向电压大于“导通电压UON”后，i随着u增大迅速上升。Uon≈0.5V(硅)Uon≈0.1V(锗)2.1半导体二极管2.1.1半导体基本知识4.PN结的单向导电性③PN结伏安特性c.外加反向电压时，PN结处于截止状态，反向电流IR很小。d.反向电压大于“击穿电压U