半导体的基础知识与PN结.pptx

第一章 半导体器件 第一节 半导体基础知识 第二节 PN结及其单向导电性 第三节 半导体二极管 第四节 双极性三极管 1.1 半导体的基础知识一、半导体概念导体：自然界中很容易导电的物质称为导 体， 金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体， 如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝 缘体之间，称为半导体， 如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。二、半导体的导电机理半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：1.掺杂性 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。2.热敏性和光敏性 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。GeSi三、 本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）1、本征半导体的结构特点 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。+4+4+4+4+4+4+4+4+42、本征半导体的晶体结构 完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体 价电子将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。共价键当温度 T = 0 K 时，半导体不导电，如同绝缘体。图 1.1.1　本征半导体结构示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+43、本征半导体中的两种载流子T ? 若 T ? ，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。自由电子空穴 自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。　空穴可看成带正电的载流子。图 1.1.2　本征半导体中的 自由电子和空穴（avi\1-1.avi动画1-1）（avi\1-2.avi动画1-2）4、本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 温度越高，载流子的浓度越高,因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。四、 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。 N 型半导体杂质半导体有两种P 型半导体1、 N 型半导体(Negative)　在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如　　磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型　　半导体)。自由电子浓度远大于空穴的浓度电子称为多数载流子(简称多子)，空穴称为少数载流子(简称少子)。(本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。)+32、 P 型半导体　在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体(或称空穴型半导体）。空穴浓度多于自由电子浓度空穴为多数载流子(简称多子）， 电子为少数载流子(简称少子)。(本征半导体掺入 3 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 3 个价电子，3与硅构成共价键，多余一个空穴。)说明：　1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。　2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。3. 杂质半导体总体上保持电中性。 4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。(b) P 型半导体(a)N 型半导体图 　杂质半导体的的简化表示法NPN结P1.2　PN结 在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为 PN 结。 一、PN 结的形成图 　PN 结的形成NP空间电荷区NP PN 结中载流子的运动1. 扩散运动　电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。　2. 扩散运动形成空间电荷区耗尽层—— PN 结，耗尽层。 （avi\1-3.avi动画1-3） 阻挡层空间电荷区NP内电场Uho3. 空间电荷区产生内电场　空间电荷区正负离子之间电位差 Uho —— 内电场； 内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层。　4. 漂移运动　内电场有利于少子运动—漂移。 少子的运动与多子运动方向相反NPN结P5. 扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。　即扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，形成PN结。什么是PN结的单向导电性？有什么作