电子技术基础 半导体及PN结 交流放大电路 集成功率放大电路 集成运算放大电路 直流稳压电源 数字逻辑电路.doc

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1、此文档收集于网络,如有侵权,请联系网站删除第二部分电子技术基础此文档仅供学习与交流此文档收集于网络,如有侵权,请联系网站删除第1章半导体器件1.1半导体及PN结1.1.1半导体的分类及特点通常根据物体的导电特性将其分为三类:导体是指导导电性能很好的物体,其电阻率<10-4Ω·cm;而绝缘体通常是指电阴率>1010Ω·cm的物体;所谓半导体,就是它的导电能力介于导体与绝缘体之间,如硅、锗就是人们最熟悉的半导体材料,纯硅的电阻率=2.14×105Ω·cm,硒和许多金属氧化物、硫化物都是半导体。半导体材料之所以应用广泛,是因为

2、它的导电能力在不同的条件下会有很大的差别,一般说来,半导体材料有三个特点:(1)大部分半导体的导电能力随温度升高而增强;有些半导体对温度的反应特别灵敏,通常采用这种半导体做成热敏元件。(2)半导体的导电能力随光照强度的变化而变化;有些半导体当光照强度变化时变化很大。例如硫化镉薄膜,当无光照时,它的电阻达到几十兆欧姆,是绝缘体;而受到光照时,电阴却只有几十千欧姆。利用半导体的这种特性,我们又可以做成各种光敏元件。(3)如果在纯净的半导体中掺入微量的其它元素(通常称作掺杂),半导本的导电能力会随着掺杂浓度的变化而发生显著变化

3、。例如在纯硅中掺入百万分之一的磷以后,其电阻率从2.14×105Ω·cm变化到0.2Ω·cm。各种不同用途的基本半导体器件(如二极管三极管、场效应管)就是利用半导体的这个特性制成的。1.1.2本征半导体和杂质导体根据半导体的掺杂情况,半导体材料又可以分为三类:1、本征半导体本征半导体是指完全纯净的具有晶体结构(即原子排列按一定规律排得非常整齐)的半导体。比较典型的半导体材料有硅和堵,它们都是四价元素,即每个原子的外层有四个价电子,其原子结构如2.1.1所示,则相邻的两个原子的一对最外层电子成为共用电子,这样的组合称为共价

4、键结构。在常温下,由于分子的热运动,有少量的电子挣脱原子核的束缚成为自由电子,同时在原来的位置上留下了一个空穴。所以在本征半导体中,自由电子和空穴的数目增加。在外电场的作用下,自由电子会作定向运动,空穴也会作定向运动。因为在外电场的作用下,有空穴的原子可以吸引相邻原子中的价电子来填补这个空穴,就像教室里第一排座位空着时,为了听课方便,第二排的同学向前移动,第三排的同学移到第二排。依次类推,虽然空座位实际不会移动,但看起来似乎是空位在移动一样。同时存在着自由电子导电和空穴导电,这就是半导体导电方式的最大特点,也是半导体和金

5、属在导电原理上的本质差别。自由电子和空穴都被称为载流子。2、杂质半导体本征半导体的导电能力很低,通常采用掺入微量杂质(通常是三价或五价的元素)的方法提高其导电能力。此文档仅供学习与交流此文档收集于网络,如有侵权,请联系网站删除根据掺入的杂质不同,杂质半导体有两大类:电子型(N型)半导体和空穴型(P型)半导体。N型半导体是指在本征半导体中掺入五价元素(如磷、砷、锑)等,由于这类元素的最外层电子数目有五个,由原子结构理论知,它们以四个电子与周围相邻的四个硅原子形成一个稳定的共价键结构,多余的第五个电子很容易挣脱原子核的束缚而

6、成为自由电子,即掺入五价元素后,与本征半导体相比,自由电子数目大大增加,形成多数载流子。由于自由电子增多,增加了自由电子填补空穴的机会,使空穴数目反而减少,故空穴被称为少数载流子。如每立方厘米纯净硅(本征半导体)中大约有5×1022个硅原子,在室温下,约有自由电子、空穴1.5×1010个,掺入百万分之一的磷后,自由电子数目增加了几十万倍,而空穴减少到每立方厘米2.3×105个以下。在外电场的作用下,自由电子导电占主导地位,故称为电子型半导体。P型半导体是指在本征半导体中掺入三价元素(如硼、铝、铟)等,由于这类元素的最外层

7、电子数目有三个,由原子结构理论知,需要以四个电子与周围相邻的四个硅原子形成一个稳定的共价键结构,因而留下了一个空穴增多,增加了自由电子填补空穴的机会,使自由电子的数目反而减少,故在P型半导体中自由电子被称为少数载流子。在外电场的作用下,空穴导电占主导地位,故称为空穴型半导体。1.1.3PN结1.PN结的形成图2.1.2为用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上形成P型半导体和N型半导体,在两种半导体的交界面附近,由于N区中的电子浓度远大于P区中电子浓度,因此电子将从N区向P区扩散。同样,P区的空穴也将向N区扩散,其结果是在交

8、界面附近的P区和N区的电中性被破坏,在交界面两侧分别形成正、负离子,这些不能移动的正、负离子在交界面附近形成一个很薄的空间电荷区,这就是PN结。在此区域内正负电荷形成的电场,称为内电,其方方向由N区指向P区。这个内电场对电子从N区向P区扩散和P区的空穴向N区扩散起阻挡作用,所以空间电荷区又称阻挡层。随着扩散的进行,P

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