[工学]第1章 半导体器件

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1、第一章半导体器件§1.1半导体物理基础知识一、半导体的结构特点二、半导体的分类三、PN结本征半导体杂质半导体PN结的形成PN结的单向导电性第一章半导体器件§1.2半导体二极管一、半导体二极管的结构特点二、半导体二极管的伏安特性正向特性反向特性三、二极管的电路模型四、含二极管电路的分析五、二极管的主要参数六、稳压二极管第一章半导体器件§1.3半导体三极管一、半导体三极管的结构特点三、半导体三极管的伏安特性输入伏安特性输出伏安特性二、三极管的电流放大原理四、三极管的主要参数NPN型PNP型第一章半导体器件§1.4场效应管一、场效应管的结构特点与分类二、场效应管的工作原理三、场效应管的伏安特性与

2、参数{end}半导体的结构（1）半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的材料称为半导体材料。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。自然界的物体根据其导电能力(电阻率)的不同，可划分为导体、绝缘体和半导体。半导体材料SemiconductorMaterials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。比如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。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。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。GeSi半导体的结构半导体的结构（2）半导体的共价键结构硅晶体的空间排列硅和锗的

3、原子结构简化模型及晶体结构半导体在常温下几乎不导电{end}本征半导体本征半导体(IntrinsicSemiconductors)化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。本征激发：当外界给半导体施加能量时，一些共价键中的电子会脱离共价键的束缚成为自由电子，而在原来的位置上产生一个空穴(hole)。这种现象称为本征激发。自由电子空穴电子空穴对电子空穴对可参与导电+4+4+4+4本征半导体的导电机理自由电子空穴束缚电子本征半导体的导电机理+4+4+4+4在非电场力的作用下，空穴吸引临近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁

4、移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。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。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。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。{end}杂质半导体（1）杂质半导体(ExtrinsicSemiconductors)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。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼

5、）的半导体。杂质半导体（2）N型半导体因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在N型半导体中自由电子是多数载流子(多子），它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子（少子）,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主原子。电子空穴对电子杂质半导体（3）P型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离

6、子。三价杂质因而也称为受主原子。空穴电子空穴对总结1、N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少数。N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。2、P型半导体中空穴是多子，电子是少子。杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体{end}PN结的性质——PN结的形成在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:因浓度差空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散多子的

7、扩散和少子的漂移达到动态平衡，PN结形成。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区P区N区空间电荷区内电场{end}PN结的性质—PN结的单向导电性（1）当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏(ForwardBias)PN结加正向电压时（Forward-BasedPNJunction)特点：低电阻大的正向扩散电流PN结的伏安特性PN结加正向电压时的导电情况外电场PN结的性质--PN结的单向导