北大信科速腾棒尾灯的半导体器件的特性ppt课件.ppt

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1、2021/9/18速腾棒LED器件电路讲义北大信科讲义No.1第二章：北大信科速腾棒尾灯的半导体器件的特性本章内容：§2.1半导体基本知识§2.2PN结及二极管§2.3双极型晶体管2021/9/18速腾棒LED器件电路讲义第二章No.2§2.1半导体基本知识一、什么是半导体（semiconductors）根据物体导电能力（电阻率　）的不同，可以将物体分为导体(conductor)、绝缘体(insulator)和半导体。硅、锗纯水硬玻璃橡胶云母石英绝缘体半导体导体半导体的电阻率介于10-3~106之间。2021/9/18速腾棒LED器件电路讲义第二章No.3半导

2、体的导电机制不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点：1、当受外界热和光的作用时，半导体的导电能力将发生显著变化；（光敏电阻、热敏电阻）2、在纯净的半导体中掺入微量的某些杂质，其导电能力会有显著的增加。常见的半导体有：硅、锗、Ⅲ-Ⅴ族化合物（如GaN、GaAs）、Ⅱ-Ⅵ族化合物（如一些硫化物和氧化物）等，目前，硅半导体制品约占整个半导体市场的95%。2021/9/18速腾棒LED器件电路讲义第二章No.4二、共价键（covalentbond）结构以最常见的半导体硅和锗为例，它们的最外层电子（即价电子，valenceelectron）都是四个。锗原子GeS

3、i硅原子价电子1、本征半导体（intrinsicsemiconductor）2021/9/18速腾棒LED器件电路讲义第二章No.5通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。+4+4+4+4在硅和锗的本征半导体中，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。共价键共用电子对形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键内的两个电子称为束缚电子（bondedelectron）。2021/9/18速腾棒LED器件电路讲义第二章No.6共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。xyz硅

4、、锗的晶体结构共价键正四面体，键之间的夹角109°28′：每个原子处于四面体中心，而有四个其它原子位于四面体的顶点。空间利用率约34％，杂质粒子很容易在晶体内运动并存在于体内，且为替位杂质的扩散运动也提供了足够的条件。2021/9/18速腾棒LED器件电路讲义第二章No.7+4+4+4+4在绝对零度（即T=0K）和无外界激发（光照、电磁辐射）时，共价键中的价电子被束缚，在本征半导体内没有可以自由运动的带电粒子——载流子（carrier），此时半导体相当于绝缘体。束缚电子自由电子空穴在室温（300K）下，由于热激发，会使一些价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚

5、，成为自由电子（freeelectron），这种现象称为本征激发（intrinsicexcitation）。价电子成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，这个空位称为空穴（hole）。空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。在本征半导体内，自由电子与空穴总是成对出现的（称为电子—空穴对）。因此，在任何时刻，本征半导体中的自由电子和空穴数总是相等的。2021/9/18速腾棒LED器件电路讲义第二章No.8本征半导体的导电（电子—空穴对导电）半导体导电的特殊性：两种载流子参与导电。外电场E+4+4+4+4自由电子导电：形成电子电流空穴导电：形成空穴电流自由

6、电子电流和空穴电流之和为半导体中的电流（符号相反，电流方向相同）。外电场E+4+4+4+4外电场E+4+4+4+4空穴（可看作带正电的粒子）的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。2021/9/18速腾棒LED器件电路讲义第二章No.9本征半导体载流子浓度：电子浓度空穴浓度式中，A为与材料有关的系数，T为绝对温度，k为波耳兹曼常数，EG为禁带宽度（eV），表示热力学零度时挣脱共价键所需要的能量。T=300K时，本征硅的电子和空穴浓度为：本征半导体中虽然存在两种载流子，但因本征载流子的浓度很低（本征硅的原子浓度为5×1022/cm3），所以总的来说导

7、电能力很差（电阻率为104Ω·cm）。本征载流子的浓度对温度十分敏感。而且随着温度的升高，基本上按指数规律增加。negativepositive2021/9/18速腾棒LED器件电路讲义第二章No.102、掺杂半导体（dopedsemiconductor）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（电子，空穴）浓度大大增加。为了尽量保持半导体的原有晶体结构，掺入的杂质主要是微量的价电子数较为接近的三价或五价元素。N型半导体：掺入五价杂质元素（如磷、锑），主要载流子为电子，也称作电子型半导体；P型半导

8、体：掺入三价杂质元素（如硼、铟），主要