常用半导体器件2.ppt

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1、第一章常用半导体器件1.1半导体的基础知识1.3双极型晶体管1.4场效应管1.5单结晶体管和晶闸管1.2半导体二极管1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.3PN结1.1.1本征半导体根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。一、半导体定义：特点:导电能力可控（受控于光、热、杂质等）半导体的电阻率为10e-3～10e9cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。本征(intrinsic)半导体及其导电性：（1）本征半导体的共价键结构（2）电子空穴对（3）空穴的移动本征半导体——化学成分纯净的半导体。制

2、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”。它在物理结构上呈单晶体形态。二、本征半导体的晶体结构晶格：由原子构成空间排列有序的空间点阵。硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。这种结构的立体示意图见图。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。半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构三、本征半导体中的两种载流子——电子空穴对当半导体处于热力学温度0K时，半导体中没有自由电子。常温下，极少数价电子成为自由电子。当温度升高或受到

3、光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，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。本征激发：在热激发下产生电子空穴对。这一现象称为本征激发，也称热激发。本征半导体中的自由电子和空穴空穴的移动：自由电子的定向运动（外电场）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。空穴在晶格中的移动空穴的运动=相邻共价键中的价电子反向（外电场）依次填补空穴来实现的。本征半导体中，自由电子数目＝空穴数目。本征

4、半导体中：电流＝电子电流＋空穴电流。载流子：自由电子（－）与空穴（＋）。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，称为本征激发。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，成对消失，称为复合。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。本征半导体中载流子浓度一定。自由电子浓度＝空穴浓度。本征激发和复合的过程：四、本征半导体中载流子的浓度：温度升高，自由电子、空穴增多，导电能力强。温度降低，自由电子、空穴减少，导电能力弱。1.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。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

5、称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。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！一.N型半导体五价杂质原子中多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，不能移动，称为施主原子。在N型半导体中自由电子是多数载流子（多子），它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子（少子）,由热激发形成。N：自由电子浓度>空穴浓度，自由电子导电为主。二.P型半导体三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴

6、。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主原子。在P型半导体中空穴是多子，它主要由掺杂形成；自由电子是少子，由热激发形成。P：空穴浓度>自由电子浓度，空穴导电为主。掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm33以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3杂质对半导体导电性的影响本征半导体、杂质半导体本节中的有关概念end自由电子、空穴N型半导体、

7、P型半导体多数载流子、少数载流子施主杂质、受主杂质