第1章 半导体器件的特性

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1、电子线路新疆大学信息科学与工程学院普通高等教育“九五”国家教委重点教材`课件制作及主讲：目录第一章半导体器件的特性第二章放大器基础第三章集成运算放大器第四章反馈放大器第五章信号运算电路第六章波形发生器第七章功率电路第一章半导体器件的特性1.1半导体的导电特性1.2PN结1.3二极管1.4双极性晶体管1.5场效应管§1.1半导体的导电特性本征半导体本征半导体本征激发和复合杂质半导体N型半导体P型半导体两种导电机理漂移和漂移电流扩散和扩散电流半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。电阻率在（10-3—109）Ω.cm锗原子与硅的原子结构模型：+14+32（b）硅原子结构(a)锗原子结构

2、§1.1半导体的导电特性锗与硅都是单晶体。以硅原子结构为例：+14+4（b）简化模型（a）硅原子模型原子核价电子惯性核硅原子有14个电子，外层电子轨道有4个价电子。价电子数决定物质的许多物理和化学性质，因而，常将原子核和内层电子看成一个整体，称为惯性核，硅原子可简化为惯性核和4个价电子。§1.1半导体的导电特性价电子为两个原子所共有，形成共价健结构。+4+4+4+4+4+4+4+4硅原子+4共价健硅单晶的共价健结构图本征半导体：硅和锗的单晶体,即纯净的半导体称为——本征半导体.共价健表示两个共有电子所形成的束缚作用。硅片§1.1半导体的导电特性本征激发和复合本征激发：空穴+4+4+4+

3、4+4+4+4+4硅原子+4本征激发产生电子—空穴对自由电子当温度升高或受到光线照射时，某些共价键中的价电子从外界获得足够的能量，从而挣脱共价键的束缚，离开原子而成为自由电子，同时，在共价键中留这种现象称为本征激发。复合过程：在自由电子——空穴对产生过程中，还同时存在着复合过程，这就是自由电子在热骚动过程中和空穴相遇而释放能量，造成自由电子——空穴对消失的过程。下相同数量的空位。§1.1半导体的导电特性锗和硅共价键结构示意图+4+4+4+4+4+4+4+4§1.1半导体的导电特性结果：空穴在晶格中移动示意图+4+4+4+4+4+4+4+4产生两种载流子——自由电子和空穴。§1.1半导体

4、的导电特性在本征半导体中，载流子总是不断的产生，又总是不断的复合，在一定温度下，产生与复合最终达到动态平衡，使载流子浓度为定值。本征激发所产生的载流子的数量是有限的，形成电流不大。也就是说，本征半导体的导电能力差。但是，若在本征半导体中掺入少量的五价或三价元素，则导电性能将改变。温度是影响半导体性能的一个重要因素。本征半导体中有两种载流子，这也是导体和半导体导电不同之处。本征半导体中的自由电子和空穴的数量总是相等的。§1.1半导体的导电特性二、杂质半导体在本征半导体中，掺入一定量的杂质元素，就成为杂质半导体。按掺入的杂质不同，杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两种。掺杂目的：是提高半

5、导体的导电能力。掺杂原理：增加载流子浓度，（自由电子或空穴的浓度）掺杂方式：掺入少量的五价元素，可使自由电子浓度增加。掺入少量的三价元素，可使空穴浓度增加。N型半导体N型半导体是指在晶体中自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。§1.1半导体的导电特性特点：与本征激发的载流子浓度相比N型半导体中自由电子浓度很大，而空穴因与自由电子相遇而复合的机会增大，空穴浓度反而更小。因此在N型半导体中将自由电子称为多数载流子，简称为多子，空穴称为少子，并将五价元数称为施主杂质。+4+4+4+5+4+5+4+4多余的自由电子硅中掺磷形成N型半导体示意图§1.1半导体的导电特性+4+4+4+3+4+3+

6、4+4空穴硅中掺硼形成P型半导体示意图P型半导体特点：P型半导体是指在晶体中空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。与本征激发的载流子浓度相比P型半导体中空穴浓度很大，而自由电子与空穴相遇而复合的机会增大，自由电子浓度反而更小。因此在P型半导体中将空穴称为多数载流子，简称多子，自由电子称为少子，并将三价元数称为受主杂质。§1.1半导体的导电特性三、两种导电机理——漂移和扩散导体中只有自由电子一种载流子参与导电，它是在电场作用下产生定向的漂移运动，形成漂移电流。1、半导体和导体的导电区别：半导体中有自由电子和空穴二种载流子，它们除了在电场作用下形成漂移电流外，还会在浓度差的作用下产生定向

7、的扩散运动，形成相应的扩散电流。2、漂移与漂移电流：S外加电场作用下——载流子定向漂移运动——漂移电流。自由电子产生逆电场方向的运动。空穴产生顺电场方向的运动；§1.1半导体的导电特性例如一块处于热平衡状态的半导体中，均匀分布的自由电子和空穴不会因随机运动而造成电荷的定向流动。N型硅半导体均匀光照扩散：与由热骚动造成的随机运动相关。3、扩散与扩散电流：§1.1半导体的导电特性虚线为半导体中任一假想面，两侧存在浓度差，因而造成载流子沿X方向的净流