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时间:2020-10-04
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1、第0章半导体器件0.1半导体的基础知识,P型硅,N型硅0.2PN结和半导体二极管0.3半导体三极管0.4场效应管完全纯净的、有完整晶体结构的半导体,称为本征半导体。§0.1半导体的基本知识0.1.1本征半导体(intrinsicsemiconductors)物质的导电性取决于原子结构----导体、半导体、绝缘体现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们的最外层电子(价电子)都是四个。Si硅原子Ge锗原子在硅和锗晶体中,每个原子与其相临的原子之间形成共价键,共用一对价电子。通过一定的工艺过程,可以将半导体制成单晶体。原子在空间形成
2、排列整齐的点阵:晶格1.本征半导体晶体结构:共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子,常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结构。共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。+4+4+4+4一定温度条件下,本征半导体中激发产生的与复合掉的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。复合现象:自由电子运动中,自由电子填补空穴的现象本征激发:极少数价电子在热激发下,成为自由电子动画1-12.本征半导体中的载流
3、子:外加一电场,自由电子定向移动,形成电子电流;空穴也定向移动,形成空穴电流。载流子:运载电荷的粒子。本征半导体中有两种载流子:自由电子和空穴。Freeelectronandcarrier动画1-2注:导体中有一种载流子,即自由电子导电。0.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。载流子:电子,空穴N型半导体(Ntypesemiconductors)(多子为电子,少子为空穴)P型半导体(Ptypesemiconductors)(多子为空穴,少
4、子为电子)N型半导体(掺五价元素)多余电子获很少能量可成为自由电子磷原子硅原子+N型硅表示SiPSiSiNegative(负)自由电子为多子;空穴为少子施主原子(正离子)自由电子空位P型半导体(掺三价元素)硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子当硅原子外层电子由于热运动填补空位时,在硅原子共价键中产生一个空穴。空穴为多子;自由电子为少子Positive(正)受主原子(负离子)空穴杂质半导体的示意表示法------------------------P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体0.2.1PN结的
5、形成在同一片半导体基片上,分别制造P型半导体和N型半导体,经过载流子的扩散,在它们的交界面处就形成了PN结。§0.2PN结及半导体二极管PNJunctionandsemiconductorsdiodeP型半导体------------------------N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区PN结处载流子的运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽,空间电荷区越宽。漂移运动P型半导体------------------------N型半导体++++++++++++++++++++
6、++++扩散运动内电场EPN结处载流子的运动内电场越强,就使漂移运动越强,而漂移使空间电荷区变薄。漂移运动P型半导体------------------------N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场EPN结处载流子的运动所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡,相当于两个区之间没有电荷运动,空间电荷区的厚度固定不变。动画1-3PN结正向偏置----++++内电场减弱,使扩散加强,扩散飘移,正向电流大空间电荷区变薄PN+_正向电流0.2.2PN结的单向导电性动画1-4PN结反向偏置+----
7、++++空间电荷区变厚NP_++++----内电场加强,使扩散停止,有少量飘移,反向电流很小反向饱和电流很小,A级动画1-5PN结的电流方程PN结的伏安特性UT26mV(thermalvoltage)正向特性反向特性击穿区反向电流很小,少子漂移电流,和温度有关U较小时,外电场不足于克服内电场对扩散运动造成的阻力,I很小(死区),当U>UON时,I显著增加反向电压超过一定数值后,反向电流急剧增加二、雪崩击穿(AvalancheMultiplication)当PN结的掺杂浓度很高时,耗尽层将变的很薄,加上不大的反向电压,就能建立很
8、强的电场,足以把价电子直接从共价键中拉出来,产生自由电子-空穴对,称为场致激发,场致激发能够产生大量的载流子,使PN结的反向电流剧增,呈现反向击穿现象。一般,击穿电压在6V以下的属于齐纳击穿,6V以上的主要是雪崩击穿。6V左右,两种击穿都有。PN结
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