《半导体器件的特性》PPT课件.ppt

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1、电子学基础制作：王林炜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双极型晶体管§1.5场效应管第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性导体绝缘体半导体ρ＜10－4Ω·cmρ＞109Ω·cm半导体的导电性能由其原子结构决定以硅、锗为例：硅的原子序数是14，锗的原子序数是32，它们有一个共同点，即都是4价元素，且都具有晶格结构。本征半导

2、体纯净的、不含其他杂质的半导体T=0K(－273℃)，电阻率约1014Ω·cm一、本征半导体的导电特性第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性当温度升高，如室温条件自由电子空穴空穴是半导体区别于导体的重要特征空穴运动共有电子的填补运动相当于正电荷的运动将物质内部运载电荷的粒子称为载流子，物质的导电能力取决于载流子的数目和运动速度。第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性半导体中存在两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴本征半导体中自由电子和空穴成对出现，称为电子—空穴对，故两种载流子的浓度是相同的。一

3、、本征半导体的导电特性由于物质的热运动，半导体中的电子—空穴对不断地产生，同时，当电子与空穴相遇时又因复合而使电子—空穴对消失。在一定温度下，产生和复合两种运动达到了动态平衡，使电子—空穴对的浓度一定。本征半导体中载流子的浓度，除与半导体材料本身的性质有关外，还与温度密切相关，随温度的升高，基本上按指数规律增加。故本征载流子对温度十分敏感。硅材料每升高8℃、锗材料每升高12℃，本征载流子浓度增加一倍；可见温度是影响半导体导电性能的一个重要因素。第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性一、本征半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性

4、本征半导体中虽存在两种载流子，但因本征载流子浓度很低，所以导电能力很差。若在本征半导体中掺入某种特定的杂质，成为杂质半导体，则它们的导电性能将发生显著变化。第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性根据掺杂的不同，杂质半导体可分为N型和P型两种。1、N型半导体如果在硅或锗的晶体中掺入少量的5价元素，如磷、砷、锑等，则原来晶格中的某些硅原子将被5价杂质原子代替。由于杂质原子最外层有5个价电子，因此它与周围4个硅原子组成共价键时多余一个电子。这个电子不受共价键束缚，只受自身原子核的吸引，这种束缚较弱，在室温条件下即可成为自由电子。第一章

5、半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性在这种杂质半导体中，自由电子的浓度将大大高于空穴的浓度，即n>>p。因此这类半导体主要依靠电子导电，故称为电子型半导体或N型半导体(由于电子带负电，故用Negative表示)，其中的5价杂质原子可以提供电子，所以称为施主原子。N型半导体中的自由电子称为多数载流子(简称多子)，而其中的空穴称为少数载流子(简称少子)。第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性2、P型半导体如果在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素,如硼、镓、铟等，此时杂质原子最外层有3个价电子，因此它与周

6、围4个硅原子组成共价键时，由于缺少一个电子而形成空穴，如图所示。第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性因此，在这种杂质半导体中，空穴的浓度将比自由电子的浓度高的多，即p>>n。因此这类半导体主要依靠空穴导电，故称为空穴型半导体或P型半导体(由于电子带正电，故用Positive表示)，这种3价杂质原子能够产生多余的空穴，起着接受电子的作用，故称为受主原子。在P型半导体中多子是空穴，少子是电子。第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性*在杂质半导体中，多子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度，且基本上等于杂质

7、的浓度；少子的浓度虽然很低，但受温度影响显著；多子的浓度基本不受温度影响。第一章半导体器件的特性§1.1半导体的导电特性二、杂质半导体的导电特性§1.2PN结一、PN结的形成二、PN结的单向导电性第一章半导体器件的特性§1.2PN结一、PN结的形成第一章半导体器件的特性§1.2PN结一、PN结的形成如果将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，而另一侧掺杂成N型半导体。在交界处将形成一个由不能移动的正、负离子组成的空间电荷区，也就是PN结。耗尽层阻挡层内电场对应的电位差VD称电位壁垒硅材料约0.6~0.8V锗材料约0.2~0.3V多子扩散少子漂移如果PN结两端加上不

8、同极性的直流电压，就可以打破上述的动态