模电课件 第1章 半导体基础

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1、第一章半导体器件§1.1半导体的基本知识§1.2PN结及半导体二极管§1.3特殊二极管§1.4半导体三极管§1.5场效应晶体管一、导体、半导体和绝缘体导体：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。§1.1半导体的基本知识1、什么是半导体半导体之所以能制成半导体器件，并不是因为它的导电性能介于导体和绝缘体之间，而是因为

2、它具有一些独特的导电性能。(1)半导体的导电性能与温度有关T↑→ρ↓即负温度系数(2)半导体的导电性能与光照有关光照↑→ρ↓半导体的导电性能与掺杂有关掺杂↑→ρ↓而且搀入不同的杂质，还可以改变其导电类型。一、导体、半导体和绝缘体2、半导体的特点二、本征半导体1、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。（1）硅、锗原子的结构+4本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四

3、面体的顶点，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：二、本征半导体1、本征半导体的结构特点（1）硅、锗原子的结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子（2）硅、锗原子的共价键结构二、本征半导体1、本征半导体的结构特点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成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。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

4、力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4二、本征半导体1、本征半导体的结构特点（2）硅、锗原子的共价键结构在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。（1）载流子、自由电子和空穴2、本征半导体的导电机理二、本征半导体+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子可以认为空穴是一种带正

5、电荷的粒子。空穴运动的实质是共有电子依次填补空位的运动。二、本征半导体2、本征半导体的导电机理（1）载流子、自由电子和空穴电子和空穴在外电场的作用下都将作定向运动，这种作定向运动电子和空穴（载流子）参与导电，形成本征半导体中的电流。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。（2）导电情况+4+4+4+4二、本征半导体2、本征半导体的导电机理①电子和空穴总是成对出现的------本征激发。电子和空穴也可以复合而消失。②本征半导体在外电场的作用下，形成两种电流------空穴电流和电子

6、电流，外电路的总电流等于两种电流的代数和。③电子--空穴对的数目对温度、光照十分敏感。④本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。（3）结论温度越高，载流子的浓度越高——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。二、本征半导体2、本征半导体的导电机理三、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。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N型半导体：

7、自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。1、N型半导体磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。+4+4+5+4多余电子磷原子在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，三、杂质半导体+4+4+5+4多余电子磷原子在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半

8、导体原子被杂质取代，（1）由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。（2）本征半导体中成对产生的电子和空穴。因为掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。N型半导体中的载流子包括三、杂质半导体1、N型半导体+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体的模型++++++++++++++++++++++++N型半导体三、杂质半导体1、N型半导体（1）在本征半导体中掺入三价元素的原子（受主杂质）而形成的半导体。（2）