第5章 半导体器件基础ppt课件.ppt

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1、本章要点本征半导体和掺杂半导体pn结及其单向导电性二极管及其特性含二极管的电路分析三极管及其特性含三级管的电路分析章节内容5.1半导体基础知识5.2半导体二极管5.3半导体三极管5.4场效应管(略）5.5Multisim二极管应用电路分析（略）半导体是指导电性介于良导电体与绝缘体之间的一种材料，常用的半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓（GaAs）等。半导体是制造电子器件的主要材料，在于它具有如下性质：热敏性：导电性能受温度影响很大，可制成热敏电子元件；光敏性：导电性能受光照射强度的影响很大，可制成光敏电子元件；杂敏性：通过掺入其他微量元素物质，可以非常显著

2、地提高其导电性能。此外，还有压力敏感、磁敏等，是制作各种传感器的重要材料。5.1半导体基础知识5.1.1本征半导体5.1.2本征半导体最常用的元素半导体是硅和锗，它们在化学元素周期表上都是第IV族元素，即最外层只有四个价电子。1.半导体的原子结构半导体的原子结构:硅(Si)锗(Ge)5.1.2本征半导体以硅原子为例：每个硅原子最外层的4个价电子分别和周围4个硅原子的价电子形成共用电子对，构成共价键结构。1.半导体的原子结构将天然的硅和锗提纯可形成单晶半导体，在单晶半导体中，原子在空间排列成有规则的空间点阵。+4+4+4+4+4+4+4+4+42.本征半导体完全纯净

3、的、无任何结构缺陷的单晶半导体称为本征半导体。本征半导体中，共价键对价电子的束缚力非常强，热力学温度为零度（T=0K）且无其他外界激发的情况下，半导体不能导电。当温度升高或受到其他外界因素的激发时+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键内的价电子挣脱原子核束缚的电子成为自由电子价带中留下的空位称为空穴能够参与导电的带电粒子统称为载流子半导体中存在两种载流子，即自由电子和空穴。3.本征激发与复合本征激发：半导体由于热激发产生自由电子空穴对的现象。本征激发产生的自由电子和空穴总是成对出现的，二者数量相等。本征半导体中的电流等于自由电子电流和空穴电流之和。复合：自由电

4、子在运动过程中，如果与空穴相遇，就会填补空穴，使自由电子和空穴成对消失。在本征半导体中自由电子的浓度和空穴的浓度相等，且在材料一定的情况下载流子的浓度随温度升高而增大。5.1.3杂质半导体1、N型半导体：在本征半导体中掺入+5价元素，如掺磷（P）。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5自由电子是多数载流子空穴是少数载流子杂质原子提供由热激发形成由于五价元素的核外电子中有一个电子不受共价键束缚，所以很容易成为自由电子2、P型半导体：在本征半导体中掺入+3价元素，如掺硼（B）。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3由于三价元素的核外只有三个价电子，因而一个

5、掺杂元素将形成一个空穴。自由电子是少数载流子空穴是多数载流子杂质原子提供由本征激发形成5.1.4PN结通过特殊的工艺，在一块半导体晶片上分别生成P型掺杂区和N型掺杂区，则两个区域的交界处处就形成了一个具有特殊导电性能的带电薄层，这就是PN结。P区N区扩散运动载流子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动形成的电流成为扩散电流内电场内电场阻碍多子向对方的扩散即阻碍扩散运动同时促进少子向对方漂移即促进了漂移运动白色的点代表空穴，红色的点代表电子扩散运动=漂移运动时达到动态平衡PN结无电流流过空间电荷区也叫耗尽层1.PN结PN结的形成PN结基本原理扩散交界处的浓度差P区的

6、一些空穴向N区扩散N区的一些电子向P区扩散P区留下带负电的受主离子N区留下带正电的施主离子内建电场漂移电流扩散电流PN结动态平衡122.PN结的单向导电性当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。1.PN结正偏时低电阻大的正向扩散电流伏安特性PN结正偏的伏安特性2.PN结的单向导电性2.PN结反偏时伏安特性高电阻很小的反向漂移电流在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。PN结反偏的伏安特性3.PN结的击

7、穿特性反向击穿PN结上反向电压达到某一数值，反向电流激增的现象。3.PN结的击穿特性雪崩击穿低掺杂时,PN结较宽.当少子漂移通过PN结时,由于PN结反向电压增高，少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样,使反向电流激增。齐纳击穿当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子,使反向电流激增。击穿可逆。掺杂浓度小的二极管容易发生击穿可逆。掺杂浓度大的二极管容易发生不可逆击穿—热击穿PN结的电流或电压较大，使PN结耗散功率超过极限值，使结温升高，导致PN结过热而烧毁。4.PN结的电容效应当外加电压

8、发生变化时