半导体特性和晶体管工作原理.ppt

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1、第二章半导体基本特性与晶体管工作原理半导体的特性PN结的形成固体材料：超导体:大于106(cm)-1导体:106~104(cm)-1半导体:104~10-10(cm)-1绝缘体:小于10-10(cm)-1？什么是半导体从导电特性和机制来分：不同电阻特性不同输运机制1、半导体的晶体结构金刚石结构半导体有元素半导体，如：Si、Ge化合物半导体，如：GaAs、InP、ZnS价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带导带：0K条件下未被电子填充的能量最低的能带禁带：导带底与价带顶之间能带带隙：导带底与价带顶之间的能

2、量差2、半导体的能带结构导带价带Eg在0K时，导带中没有电子，当温度升高时晶格会发生热振动，价带中的电子在吸收了晶格离子热运动的能量后会大量跃入导带，导带中的自由电子数增加，导电率也增加。当价带中的电子跃入导带后，在价带中会留下一个没有电子的量子态，这种空的量子态就称为空穴3.半导体中的载流子：能够导电的自由粒子本征半导体:n=p=ni电子：Electron，带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子空穴：Hole，带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的电子空位，对应于价带中

3、的电子空位。4.半导体的掺杂BAs受主掺杂施主掺杂施主和受主浓度：ND、NA施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中提供导电的电子，并成为带正电的离子。如在Si中掺的P和As。受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如在Si中掺的B。本征载流子浓度：n=p=ninp=ni2ni与禁带宽度和温度有关5.本征载流子本征半导体：没有掺杂的半导体本征载流子：本征半导体中的载流子载流子浓度电子浓度n,空穴浓度p6.非本征半导体的载流子在非本征情形:热平衡时:N型半导体：n大于

4、pP型半导体：p大于n多子：多数载流子n型半导体：电子p型半导体：空穴少子：少数载流子n型半导体：空穴p型半导体：电子7.电中性条件:正负电荷之和为0p+Nd–n–Na=0施主和受主可以相互补偿p=n+Na–Ndn=p+Nd–Nan型半导体：电子nNd空穴pni2/Ndp型半导体：空穴pNa电子nni2/Na重点半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体载流子、电子、空穴、能带、导带、价带、禁带掺杂、施主、受主据统计：半导体器件主要有67种，另外还有110个相关的变种所有这些器件都由少数基本模块构成：

5、pn结金属－半导体接触MOS结构异质结超晶格半导体器件物理基础PN结的结构把P型半导体和N型半导体结合起来就形成PN结PN结具有半导体没有的一些特性NP1.PN结的形成NP空间电荷区XM空间电荷区－耗尽层XNXP空间电荷区为高阻区，因为缺少载流子载流子的输运：扩散—从高浓度向低浓度运动电子：N→P空穴：P→N漂流—在电场作用下运动电子：P→N空穴：N→P2.平衡的PN结：没有外加偏压载流子漂移(电流)和扩散(电流)过程保持平衡(相等)，形成自建场和自建势3.正向偏置的PN结情形正向偏置时，扩散大于漂移空穴：正向电流：电子：

6、扩散N区P区漂移N区P区扩散漂移NP4.PN结的反向特性N区P区空穴：电子：N区P区扩散扩散漂移漂移反向电流：反向偏置时，漂移大于扩散NP5.PN结的特性单向导电性：正向偏置反向偏置正向导通，多数载流子扩散电流反向截止，少数载流子漂移电流正向导通电压Vbi~0.7V(Si)反向击穿电压VrbPN结的击穿雪崩击穿PN结反向电压增大到某一数值时，载流子倍增就像雪崩一样增加的多而快。齐纳/隧穿击穿在高的反向电压下，PN结中存在强电场，它能够直接破坏共价键，将束缚电子分离出来形成电子-空穴对，形成大的反向电流。