半导体器件模拟电子技术.ppt

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1、第3章半导体器件半导体器件是构成电路的基本元件，构成半导体器件的材料是经过加工的半导体材料，因此半导体材料的性质在很大程度上决定了半导体器件的性能。1半导体的基础知识2PN结3半导体二极管4特殊二极管—稳压管5半导体三极管6场效应管1半导体的基础知识自然界中的物体，根据导电能力(电阻率)可分为：导体、绝缘体、半导体。常见的半导体材料为硅（Si）和锗（Ge）。价电子价电子惯性核1本征半导体共价键：半导体的基础知识对电子束缚较强●●●●电子-空穴＋载流子1、本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少结论：2、半导体中有电子

2、和空穴两种载流子参与导电3、本征半导体导电能力弱，并与光照和温度有关。制造半导体器件的材料不是本征半导体，而是人为的掺入杂质的半导体，目的是为了提高半导体的导电能力2杂质半导体1、掺入5价元素（磷）2、掺入3价元素（硼）（1）掺入5价元素（磷）自由电子电子为多数载流子—多子空穴为少数载流子—少子掺杂磷产生的自由电子数>>本征激发产生的电子数自由电子数>>空穴数N型半导体载流子数电子数磷原子：施主原子杂质半导体N型半导体的简化图示多子少子（2）掺入3价元素（硼）●掺杂硼产生的空穴数>>热激发产生的空穴空穴数>>自由

3、电子空穴为多子电子为少子P型半导体硼原子：受主原子载流子数空穴数P型半导体的简化图示多子少子3半导体的导电性●●●空穴●自由电子I=IP+IN本征半导体电流很弱。N型半导体：I≈INP型半导体：I≈IP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/cm3掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3以上两个浓度基本上依次相差106/cm34  杂质对半导体导电性的影响N型半导体：电子为多子，空穴为少子载流子数≈自由

4、电子数施主原子提供电子，不能移动，带正电。总结：P型半导体：空穴为多子，电子为少子载流子数≈空穴数受主原子提供空穴，不能移动，带负电。2PN结1PN结的形成PN电子空穴由于载流子的浓度差引起多子的扩散运动由于复合使交界面形成空间电荷区（耗尽区）空间电荷区内建电场阻碍多子的扩散运动有利于少子的漂移运动引起载流子定向移动的类型1、扩散电流：载流子的浓度差引起2、漂移电流：由于电场引起的定向移动在PN结中扩散和漂移最后达到动态平衡即扩散电流＝漂移电流，总电流＝0PN结PN结二、PN结的单向导电性1正向偏置（P区接电

5、源正极，N区接电源负极）内电场外电场外电场的作用使空间电荷区变窄，扩散运动加剧，漂移运动减弱，从而形成正向电流。此时PN结呈现低阻态，PN结处于导通状态，理想模型为闭合开关。PN结2反向偏置（P区接电源负极，N区接电源正极）内电场外电场外电场的作用使空间电荷区变宽，扩散运动变弱，漂移运动加强，从而形成反向电流，也称为漂移电流。此时PN结呈现高阻态，漂移电流很小，此时PN结处于截止状态，模型相当于开关打开。结论PN结反向偏置时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，且和温度有关。PN结正向偏置时，呈现低电阻，具有较大的

6、正向扩散电流；由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。PN结3PN结的伏安特性理论分析知，PN结所加电压u和电流i的关系为：为反向饱和电流q为电子电量k为玻尔兹曼常数常温时Ou/VI/mA正向特性反向击穿加正向电压:加反向电压:PN结4PN结的反向击穿特性反向电压超过某一电压后，PN结流过的反向电流急剧增加，这种现象成为反向击穿。发生击穿时的电压称为反向击穿电压。记为UBR反向击穿Ou/VI/mA正向特性反向特性UBR◆齐纳击穿——高掺杂下，耗尽层的宽度很小，较小的反向电压就可以形成很强的电场，把价电子从共价键中“

7、拉出来”，产生电子、孔穴对，引起电流急剧增加。◆雪崩击穿——反向电压增加时，耗尽层中的电场也加强，使少子在漂移过程中受到更大的加速，可能在与共价键中的价电子相碰撞时把价电子“撞”出共价键，产生电子、孔穴对。新产生的电子、孔穴被电场加速后又可能“撞”出其它的价电子。引起了电流的急剧增加。对硅材料而言：反向击穿电压在7V以上的为雪崩击穿；4V以下的为齐纳击穿；4V-7V间的击穿包括两种击穿。无论是哪种击穿，只要PN结不因电流过大产生过热而损坏，当反向电压下降到击穿电压以下时，它的性能又可以恢复到击穿前的情况。热击穿是尽

8、量避免的，电击穿可以加以利用。4PN结的电容特性势垒电容CT外加电压变化反偏时比较明显空间电荷区厚度变化PN结中存储的电量变化电容充放电扩散电容CD正偏时比较明显积累在P区的电子或N区的空穴随外加电压的变化就构成了PN结的扩散电容CD。反偏时势垒电容CT起主要作用，此时PN结的总电容C≈CT正偏时扩散电容CD起主要作用，此时PN结的总电容C≈CD1、N型半导