模拟电子技术1半导体器件.ppt

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1、第一章半导体器件1.1半导体的特性1.2　半导体二极管1.3　双极型三极管(BJT)1.4　场效应三极管第一节半导体的特性本征半导体杂质半导体1.半导体(semiconductor)共价键covalentbond半导体的定义：将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物质统称为半导体。大多数半导体器件所用主要材料是硅和锗一、本征半导体(intrinsicsemiconductor)价电子在硅(或锗)的晶体中,原子在空间排列成规则的晶格。晶体中的价电子与共价键+4+4+4+4+4+4+4+4+42.本征半

2、导体(intrinsicsemiconductors)纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。在本征半导体中，由于晶体中共价键的结合力很强，在热力学温度零度（即T=0K）时，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，晶体中不存在能够导电的载流子，半导体不能导电，如同绝缘体一样。+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体中的载流子带负电的自由电子freeelectron带正电的空穴hole如果温度升高，少数价电子将挣脱共价键束缚成为自由电子。在原来的共价键位置留下一个空位，称之为空穴。+4+4+4+4+

3、4+4+4+4+4半导体中存在两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。在一定温度下电子–空穴对的产生和复合达到动态平衡。在本征半导体中，两种载流子总是成对出现称为电子–空穴对本征载流子的浓度对温度十分敏感电子–空穴对两种载流子浓度相等1.N型（或电子型）半导体(N-typesemiconductor)二、杂质半导体则原来晶格中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子与周围四个硅原子组成共价键时多余一个电子。这个电子只受自身原子核吸引，在室温下可成为自由电子。在4价的硅或锗中掺入少量的5价杂质元素，

4、在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为杂质半导体。+5+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子+5+4+4+4+4+4+4+4+4失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，并带有正电荷，称为正离子。在这种杂质半导体中，电子的浓度大大高于空穴的浓度。因主要依靠电子导电，故称为电子型半导体。多数载流子majoritycarrier少数载流子minoritycarrier5价的杂质原子可以提供电子，所以称为施主原子。+3+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗晶体中掺入少量的3价杂质元素，空位2.P型

5、半导体(P-typesemiconductor)当它与周围的硅原子组成共价键时，将缺少一个价电子，产生了一个空位。空位为电中性。硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，杂质原子成为负离子，硅原子的共价键中产生一个空穴。在这种杂质半导体中，空穴的浓度远高于自由电子的浓度。+3+4+4+4+4+4+4+4+4空穴在室温下仍有电子–空穴对的产生和复合。多数载流子P型半导体主要依靠空穴导电，所以又称为空穴型半导体。3价的杂质原子产生多余的空穴，起着接受电子的作用，所以称为受主原子。少数载流子在杂质半导体中：杂

6、质浓度不应破坏半导体的晶体结构，多数载流子的浓度主要取决于掺入杂质的浓度；而少数载流子的浓度主要取决于温度。杂质半导体的优点：掺入不同性质、不同浓度的杂质，并使P型半导体和N型半导体以不同方式组合，可以制造出形形色色、品种繁多、用途各异的半导体器件。总结第二节半导体二极管PN结及其单向导电性二极管的伏安特性二极管的主要参数稳压管-++++++++++++-----------PN1.PN结中载流子的运动-++++++++++++-----------空间电荷区内电场UD又称耗尽层，即PN结。最终扩散

7、(diffusion)运动与漂移(drift)运动达到动态平衡，PN结中总电流为零。内电场又称阻挡层，阻止扩散运动，却有利于漂移运动。硅约为（0.6~0.8）V锗约为（0.2~0.3）V一、PN结及其单向导电性扩散漂移NP-++++++++++++-----------RV正向电流外电场削弱了内电场有利于扩散运动，不利于漂移运动。空间电荷区变窄2.PN结的单向导电性加正向电压+-U耗尽层内电场UD-U外电场I称为正向接法或正向偏置（简称正偏，forwardbias)PN结处于正向导通(on)状态，正

8、向等效电阻较小。+-U-++++++++++++-----------RV称为反向接法或反向偏置（简称反偏）一定温度下，V超过某一值后I饱和，称为反向饱和电流IS。结论：PN结具有单向导电性：正向导通，反向截止。内电场外电场UD+U空间电荷区外电场增强了内电场有利于漂移运动，不利于扩散运动。反向电流非常小，PN结处于截止(cut-off)状态。加反向电压I反向电流IS对温度十分敏感。PN二、二极管的伏安特性阳极从P区引出，阴极从N区引出。1.二极管的类型从材料分：硅二