模电基础1 半导体器件课件.ppt

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1、模拟电子技术主讲教师：郭琳博士清华大学电信工程院硕士生导师二00七年九月北京邮电大学电信工程学院第一章半导体器件第一章半导体器件教学要求：1.正确理解PN结的形成及单向导电性。2.熟练掌握普通二极管、稳压二极管的基本特性和主要参数。3.熟练掌握三极管的输入、输出特性及主要参数。第一章半导体器件第一节半导体的特性第二节半导体二极管第三节双极型三极管第四节场效应三极管本章小结1.1.1本征半导体1、什么是半导体物质按导电能力的强弱可分为导体、绝缘体和半导体三大类。导电能力很强的物质称为导体，如铜、铝等金属。导电能力很弱的物质称为绝缘体，如塑料、玻璃等。导电能力介于导体和绝缘体之间

2、的物质称为半导体。常用的半导体材料是硅（Si）和锗（Ge）,其中硅用的最为广泛。1.1　半导体的特性2、半导体的独特性能半导体之所以得到广泛的应用，是因为它具有以下三大特性：(1)掺杂特性：在纯净的半导体（通常称本征半导体）中掺入极其微量的杂质元素，则它的导电能力将大大增强。温度升高，将使半导体的导电能力大大增强。(2)热敏特性：(3)光敏特性：对半导体施加光线照射时，光照越强，导电能力越强。3、本征半导体1）本征半导体纯净的不含杂质的半导体，称为本征半导体。简称为半导体。2）本征半导体晶体结构大量的半导体原子集合到一起是一种晶体结构。在绝对温度为零度（0K，相当于-273.

3、15℃）时，由于每个价电子都被共价键束缚，不能自由移动。这时，本征半导体是不导电的，相当于绝缘体。3）本征激发在本征半导体中，价电子从外界获取能量（如温度升高、光照等）挣脱共价键束缚成为自由电子，同时在原来的位置留下“空穴”。这一现象称为本征激发。本征激发的结果是在半导体中产生“电子-空穴”对，如图1.1.3所示。电子带负电，空穴带正电，统称为载流子。在电场力的作用下，电子逆着电场方向定向运动形成电子电流，“空穴”顺着电场方向定向运动（其实是价电子填补运动）形成空穴电流，如图1.1.4所示。半导体中的电流是电子流和空穴流的总和。而导电性能的强弱取决于半导体中的载流子的浓度大小

4、。图1.1.3本征激发产生电子空穴对示意图图1.1.4半导体中的两种载流子导电示意图半导体为什么具有奇妙的导电特性？★半导体的奇妙导电特性是与其原子最外层的价电子有关的。半导体材料硅有四个价电子，每个硅原子和它相邻的四个硅原子通过共价键结合起来，是一种晶体结构。★半导体受热或受光照射时，部分价电子获得足够的能量，得以挣脱共价键的束缚而成为自由电子，自由电子逸出的空位就形成空穴。自由电子带负电，空穴带正电，统称为载流子，它们在电场的作用下能定向移动形成电流。温度升高和光照加强，半导体的价电子就接受更多的能量，有更多的价电子成为自由电子，并产生同等数量的空穴（就是本征激发），半导

5、体的导电性随之增强，这就是半导体具有热敏特性的原因。在本征半导体中掺入杂质元素，也会产生很多载流子参加导电，其原因将在下面分析。1.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入微量的特定杂质，其导电能力将大大提高（可提高几十万倍以上），称之为杂质半导体。根据掺入杂质性质不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体两大类。1）N型半导体在本征半导体中掺入微量的五价元素，可以形成N型半导体。由于这种杂质半导体主要靠自由电子进行导电，所以称为电子型半导体，简称N型半导体。在N型半导体中，多数载流子（简称多子）是电子，少数载流子（简称少子）是空穴。N型半导体是中性体，本身并不带电，当掺入的磷原

6、子提供了一个自由电子后，变成不能移动的正离子，用“+”来表示。N型半导体的结构示意图如图1.1.6所示。图1.1.5N型半导体的共价键结构图图1.1.6N型半导体的平面结构示意图2）P型半导体在本征半导体中掺入微量的三价元素，可以形成P型半导体由于这种杂质半导体主要靠空穴进行导电，所以称为空穴型半导体，简称P型半导体。在P型半导体中，多数载流子是空穴，少数载流子是电子。P型半导体也是中性。其结构示意图如图1.1.8所示。图1.1.7P型半导体的共价键结构示意图图1.1.8P型半导体平面结构示意图1.2半导体二极管1.2.1PN结及其单向导电性在一块本征半导体上，利用一定的掺杂

7、工艺，分别掺入三价元素和五价元素，在半导体两边形成P型半导体和N型半导体，交界面形成的特殊导电薄层，称为PN结。1）PN结的形成载流子浓度差引起各自的多子向对方扩散，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，在交界面易出现电子与空穴相遇同时消灭即出现了复合现象，结果在交界面两边P区留下了带负电的负离子，N区留下了带正电的正离子，形成了空间电荷区，建立了PN结电场。这个电场称为内电场，方向由N区指向P区。它阻碍着多子扩散运动，有利于少子的漂移运动。当多子扩散运动和少子漂移运动达到动态平衡时，这个空间电荷