数字电子技术基础简明教程课件——半导体器件.ppt

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1、半导体器件肖合九教授1一、半导体的特性1、半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗都是4价元素，原子的最外层轨道上有4个价电子。++锗(32)Ge硅(14)Si§1半导体的基础知识22、半导体中的两种载流子：若把纯净的半导体材料制成单晶体，它们的原子将有序排列。每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。共价键3在一定温度下，若受光和热的激发，少数价电子将会挣脱共价键的束缚成为自由电子，在原来位置留下一个空穴。原子失去电子

2、带正电，相当于空穴带正电。半导体中的自由电子和空穴都能参与导电，于是半导体中有两种载流子，空穴为带正电荷的载流子，电子为带负电荷的载流子。自由电子和空穴同时产生。硅原子共价键价电子43、半导体的导电特性：掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。5二、本征半导体纯

3、净的不含杂质、晶体结构排列整齐的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。SiSiSiSi价电子6SiSiSiSi价电子价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。1、本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于

4、正电荷的移动）。7当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流(1)自由电子作定向运动电子电流(2)价电子递补空穴空穴电流注意：(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。8三、杂质半导体掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方

5、式，称为电子半导体或N（Negative）型半导体。掺入五价元素SiSiSiSip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。1、N型半导体9掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P（Positive）型半导体。掺入三价元素SiSiSiSi在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N型或P型半导

6、体都是中性的，对外不显电性。2、P型半导体101、漂移运动与扩散运动半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。四、PN结及其单向导电性112、PN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，当P型半导体和N型半导体相互“接触”后，由于两类半导体中多子（电子和空穴）浓度差的存在，在它们的交界面附近便出现了电子和空穴的扩散运动。N区

7、界面附近的多子电子将向P区扩散，并与P区的空穴复合，在N区界面附近剩下了不能移动的施主正离子，形成一个很薄的正电荷层。同样P区界面附近的多子空穴将向N区扩散，并与N区的电子复合，在P区界面附近剩下了不能移动的受主负离子，形成一个很薄的负电荷层。于是在两种半导体的交界面附近便形成了一个空间电荷区，这就是PN结。PN结内不能移动的正负离子称为空间电荷区，在PN结内载流子的浓度远低于结外的中性区，载流子几乎全部扩散到对方并被复合掉了，或者说载流子被消耗尽了，故又称为耗尽区。12多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P

8、型半导体N型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称PN结扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区13多子扩散形成空间电荷区产生内电场少子漂移促使阻止扩散与漂移达到动态平衡形成