第1章半导体器件ppt课件.ppt

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1、第一章常用半导体器件半导体导电特性PN结及其特性半导体二极管特性及其应用稳压二极管三极管场效应管§1.1半导体导电特性1.1.1概念根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体：容易导电的物体。如：铁、铜等2.绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等3.半导体半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。在一定条件下可导电。半导体特点：1)在外界能源的作用下，导电性能显著变化。光敏元件、热敏元件属于此类。2)在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。1.1.2本征半导体1.本征半导体——化学成分纯净的半导体。制造半导体器件的

2、半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。电子技术中用的最多的是硅和锗。硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。锗硅价电子简化原子结构模型24K=99.984%18K=75.1%2.本征半导体的共价键结构价电子与周围的原子的价电子形成共价键。硅晶体的空间排列共价键结构平面示意图3.电子与空穴+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子共价键当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发，也称热激发。电子与空穴自由电子产生

3、的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。电子与空穴的复合本征激发和复合的过程（动画1-1）电子空穴对复合空穴的移动导电机理：出现空穴….邻近的价电子补充…出现空穴…其它电子补充。空穴在晶体中的移动（1-2）载流子：电子、空穴1.1.3杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。(1)N型半导体(2)P型半导体1.N型半导体N型半导体：在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，也称电子型半导体。自由电子N型半导体中的载流子有两

4、种：自由电子—多数载流子（由两部分组成）空穴——少数载流子2.P型半导体P型半导体：在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等，也称为空穴型半导体。P型半导体中：空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。3.杂质对半导体导电性的影响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/cm312掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm33以上三个浓度基本上依次相差106/cm3

5、。本节中的有关概念本征半导体、杂质半导体自由电子、空穴N型半导体、P型半导体多数载流子、少数载流子1.2PN结和半导体二极管PN结的形成PN结的单向导电性和电容效应半导体二极管1.PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:因浓度差多子扩散形成空间电荷区促使少子漂移阻止多子扩散PN结的形成内电场空间电荷区耗尽层电子空穴P区N区因浓度差多子扩散形成空间电荷区促使少子漂移阻止多子扩散PN结的形成P型和N型半导体结合面，空间电荷区、PN结、耗尽层。

6、PN结的形成过程（动画1-3）PN结的形成过程中的两种运动：多数载流子扩散少数载流子飘移2.PN结的单向导电性如果外加电压使PN结中：P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，PN结处于正向偏置，简称正偏；PN结加正向电压内电场方向(1)PN结加正向电压时的导电情况外加的正向电压与PN结内电场反向内电场削弱多子扩散运动增强，扩散电流加大PN结呈现低阻性PN结加正向电压时的导电情况（1-4）内电场方向PN结的伏安特性低电阻大的正向扩散电流2.PN结的单向导电性如果外加电压使PN结中：P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。PN结加

7、反向电压内电场方向(2)PN结加反向电压时的导电情况PN结加反向电压时的导电情况（1-5）内电场方向PN结的伏安特性反向饱和电流?高电阻很小的反向漂移电流外加的正向电压与PN结内电场同向内电场加强多子扩散运动减弱，扩散电流减小PN结呈现高阻性（3）PN结的伏安特性PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。3.PN结方程PN结两端的电压V与流过的电流I之间的关系为：其中：IS为PN结的反向饱和电流；VT称为温度电压当量，在温度为300

8、K(27°C)时，VT约为26mV；上式写为：PN结方程PN结正偏时，如果V>VT几倍以上，上式可改写：即I随V按指数规律变化。PN结反偏时，如果│V│>VT几倍以上，上式可改写