《半导体器件与模型》PPT课件

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1、第一章半导体器件与模型1.1半导体的导电特性1.1.1本征半导体半导体具有某些特殊性质：光敏热敏、掺杂特性导体：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。1、本征半导体的结构与模型GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学中，用得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除去价电子后的原子价电子本

2、征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。硅和锗的晶体结构硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4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。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+42、本征半导体的导电原理可将空穴看成带正电荷的载流子本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为复合。在一

3、定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。+4+4+4+4自由电子空穴温度增加将使价电子获得能量，挣脱共价键束缚成为自由电子，同时在原位留下空穴。本征激发（热激发）3、本征半导体中载流子浓度温度一定时，载流子的产生和复合将达到动态平衡，此时载流子浓度为一热平衡值，温度升高，本征激发产生的载流子数目将增加，但同时复合作用也增加，载流子的产生和复合将在新的更大浓度值的基础上达到动态平衡。本征激发中有据理论分析和实验证明，有本征半导体的导电能力很弱，可通过掺杂来进行改善温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力

4、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。1.半导体中两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴2.本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，　　　称为电子-空穴对。4.由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又　　　不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动　　　会达到平衡，载流子的浓度就一定了。5.载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升　　　高，基本按指数规律增加。小结3.本征半导体中自由电子和空穴的浓度用ni和pi表示，显然ni=pi。1.1.2杂质半导体掺入杂质后的本征半导体

5、称为杂质半导体。P型半导体P型半导体中空穴是多数载流子（多子），主要由掺杂形成；电子是少数载流子（少子），由热激发形成空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质称为受主杂质本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成P型半导体(或空穴型半导体)+4+4+4+3在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体（电子型半导体）。在N型半导体中自由电子是多子,它主要由杂质原子提供；空穴是少子,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而带正电荷成为正离子，五价杂质原子被称为施主杂质N型

6、半导体+5+4+4+41.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。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。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。N型半导体P型半导体说明：1.1.3半导体中的电流1、漂移电流外加电场时，载流子在电场力的作用下形成定向运动，称为漂移运动，并由此产生电流，称为漂移电流。漂移电流为两种载流子漂移电流之和，方向与外电场一致。2、扩散电流当半导体有光照或者载流子注入时，半导体中将出现载流子的浓度差，载流子将由

7、高浓度区域向低浓度区域运动，这种定向运动称为扩散运动，由此形成的电流称为扩散电流。1.2PN结1.2.1PN结的形成将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层→PN结。内电场多子扩散形成空间电荷区产生内电场阻止少子漂移促使扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结电位耗尽层阻挡层势垒区1.2.2PN结的导电特性1、正向特性PN结外加直流电压VF：P区接高电位（正电位），N区接低电位（负电位）内电场外电场变薄－－－－++++PN+_内电场被削弱，多子的扩

8、散加强，能够形成较大的扩散电流。→正偏→正向电流正偏时，PN结呈现为一个小电阻。2、反向特性＊硅PN结的Is为pA级＊温度T增加→Is增大内电场外电场PN结反偏：P区接低电位（负电位），N区接高电位（正电位）。NP+－+变厚_－－－+++－+－－－+++内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小电流反偏时，PN结呈现为一个大电阻。→反偏→反向电流结论PN