半导体器件的基本特性第一节半导体基础知识.ppt

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1、第六章半导体器件的基本特性第一节半导体基础知识6.1.1本征半导体6.1.2杂质半导体第二节PN结及半导体二极管6.2.1异型半导体的接触现象6.2.2PN结的单向导电特性6.2.3半导体二极管6.2.4半导体二极管的应用第三节半导体晶体管6.3.1晶体管的结构及类型6.3.2晶体管的放大作用6.3.3晶体管的特性曲线6.3.4晶体管的主要参数第一节半导体基础知识按导电的性能可以将物质分为导体、绝缘体和半导体。物质的导电性能取决于物质的原子结构。我们所关心的不是半导体的导电性，而是它的原子结构。1.

2、本征半导体(intrinsicsemiconductor)完全纯净的、结构完整的半导体称为本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si—Silicon)和锗(Ge—Germaniun)。-4+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴载流子形成与复合：价电子获得能量后摆脱原子核的束缚成为自由电子、空穴对，当自由电子填补空穴后就是复合。本征半导体载流子的浓度，除与半导体材料本身性质有关外，还与温度有关，且ni=pi。2.杂质半导体(impuritysemi

3、conductor)本征半导体中的载流子浓度很低，导电性能也很弱，掺入少量杂质，其导电性能将发生质的变化。+4+4+4+4+5+4+4+4+4自由电子施主原子(1)N型半导体(N-typesemiconductor)在半导体中掺入5价元素，多出的电子不受共价键的约束，仅受到自身原子核的约束，所以只要得到较少的能量就可以成为自由电子。同时，还会有些价电子摆脱共价键约束，形成电子空穴对。显然，在这种杂质的半导体中自由电子的浓度远远大于空穴浓度。即nn>>pn故导电主要靠自由电子。自由电子称为多数载流子，

4、空穴称为少数载流子。多数载流子的浓度取决于掺杂的浓度，少数载流子是半导体材料共价键提供的，主要取决于温度。可以证明电子与空穴的浓度有如下关系：根据原子理论中的“不相容”原理--同一能级中，最多只能容纳两个自旋方向相反的电子和贾米·狄拉克分布函数可以证明以上等式。(2)P型半导体(P-typesemiconductor)在半导体中掺入3价元素，当它与周围的锗原子组成共价键时，在缺少电子的地方形成一个空穴。其它共价键的电子只需较小的能量就可以摆脱原子核束缚移到此空穴，从而形成新的空穴。显然在这种掺杂半导

5、体中，空穴的浓度大于自由电子的浓度，所以多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子。pp>>np+4+4+4+4+3+4+4+4+4受主原子空穴第二节PN结及半导体二极管在一块本征半导体上，用工艺的办法使一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，则在两种半导体的交界处形成一个P-N结。P-N结是一切半导体器件的基础。1.异型半导体的接触现象扩散—浓度差异导致的载流子移动P区N区自建场耗尽区P区空间电荷区N区2.PN结的单向导电特性漂移—在电场作用下载流子的定向移动UR+-自建场I外电场P区N区UR-+自

6、建场I外电场P区N区3.半导体二极管(1)半导体二极管的结构金属触丝N型锗片阳极引线阴极引线外壳(a)点接触型阳极引线二氧化硅保护层P型硅阴极引线(b)平面型N型硅铝合金小球阳极引线PN结N型硅金锑合金底座阴极引线(c)面接触型阳极阴极(d)符号(2)半导体二极管的伏安特性I(mA)2010-40-2000.40.8U(V)-10-20(nA)(a)硅二极管的伏安特性曲线I(mA)2010-60-3000.20.4U(V)-10-20(μA)(b)锗二极管的伏安特性曲线正向特性：门限电压Uon，硅0

7、.6~0.8V；锗0.1~0.3V反向特性：反向饱和电流，一般很小。硅nA级，锗μA级击穿特性：反向电压达到某一值后，二极管的电流急剧增加，根据击穿的内部机制分为雪崩击穿和齐纳击穿。雪崩击穿：低浓度掺杂，在强电场作用，获得能量的自由电子与原子发生碰撞将价电子“打”出共价键，形成更多的载流子；齐纳击穿：高浓度掺杂，阻挡层很窄，无足够加速空间，但很窄空间形成的强电场可以将价电子直接“拉”出来，使电流急剧增加。(3)半导体二极管的主要参数①最大整流电流IF。二极管允许通过的最大正向平均电流。如果电流长时间

8、电流超过此值，二极管会因过热而烧坏。此值取决于结面积、材料和散热情况。②最大反向工作电压UR。二极管允许的最大反向工作电压。当反向电压超过此值就可能被击穿。③反向电流IR。二极管未击穿时的反向电流值。此值越小，二极管的单向导电性越好。④最高工作频率fM。此值的大小主要取决于结电容的大小。结电容越大，允许工作频率越低。⑤二极管的直流电阻RD。二极管两端电压与流过二极管中电流之比。⑥二极管的交流电阻rd。二极管两端电压变化量与流过二极管中电流变化量之比。I(mA)rd80