最新武汉大学模电课件第-一-章教学讲义PPT课件.ppt

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1、武汉大学模电课件第-一-章1.1半导体的导电特性1.1.1本征半导体半导体具有某些特殊性质：光敏热敏、掺杂特性1、本征半导体的结构与模型GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。＋4除去价电子后的原子价电子+4+4+4+4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）本征半导体的导电原理本征半导体中外界激发产生的自由电子和空穴总是成对出现，两者数目相同。同时，自由电子也能跳入空穴，重新为共价键束缚，两者同时消失，此现象

2、称为“复合”。3、本征半导体中载流子浓度温度一定时，载流子的产生和复合将达到动态平衡，此时载流子浓度为一热平衡值，温度升高，本征激发产生的载流子数目将增加，但同时复合作用也增加，载流子的产生和复合将在新的更大浓度值的基础上达到动态平衡。本征激发中有据理论分析和实验证明，有本征半导体的导电能力很弱，可通过掺杂来进行改善。温度越高，载流子的浓度越高。因此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。1.1.2杂质半导体掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体。P型半导体P型半导体中

3、空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质称为受主杂质。本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成P型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体。在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而带正电荷成为正离子，五价杂质原子被称为施主杂质N型半导体杂质半导体中，多子浓度近似等于杂质浓度，少子浓度与杂质浓度成反比，与本征半导体载流子浓度

4、的平方成正比，故温度上升时，多子浓度几乎不便，而少子浓度则迅速增加。少子浓度随温度的变化是影响半导体器件性能的主要原因。杂质对半导体导电性的影响典型的数据:T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm33以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm31.1.3半导体中的电流1、漂移电流外加电场时，载流子在电场力的作用下形成定向运动，称为漂移运动，并由此产生电流，称为漂移电流。漂移电流为两

5、种载流子漂移电流之和，方向与外电场一致。2、扩散电流当半导体有光照或者载流子注入时，半导体中将出现载流子的浓度差，载流子将由高浓度区域向低浓度区域运动，这种定向运动称为扩散运动，由此形成的电流称为扩散电流。1.2PN结1.2.1PN结的形成N型施主杂质:自由电子正离子P型受主杂质:空穴负离子空间电荷区（PN结）浓度差多子扩散运动阻止多子扩散促使少子漂移内电场N指向P内电场电位耗尽层阻挡层势垒区1.2.2PN结的导电特性1、正向特性PN结外加直流电压VF：P区接高电位（正电位），N区接低电位（负电位）内电场外电场变薄－

6、－－－++++PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。→正偏→正向电流正偏时，PN结呈现为一个小电阻。2、反向特性＊硅PN结的Is为pA级＊温度T增加→Is增大内电场外电场PN结反偏：P区接低电位（负电位），N区接高电位（正电位）。NP+－+变厚_－－－+++－+－－－+++内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小电流反偏时，PN结呈现为一个大电阻。→反偏→反向电流结论PN结正向偏置空间电荷区变窄正向电阻很小（理想时为0）正向电流较大PN结导通PN结反向偏置空间

7、电荷区变宽想时为∞）反向电流（反向饱和电流）极小（理想时为0）PN结截止反向电阻很大（理单向导电性PN结正向偏置时导通，反向偏置时截止正偏反偏3、PN结的伏安特性PN结所加端电压vD与流过它的电流I的关系为：一般而言，要产生正向电流时，外加电压远大于VT，正向电流远大于Is，则可得Is非常小，常忽略不计。门坎电压VthPN结的温度特性T（℃）↑→在电流不变情况下管压降Vth↓→反向饱和电流IS↑，V(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移硅PN结稳定性较锗结好温度每升高10度，反相饱和电流增加1倍1.2.3P

8、N结的击穿特性二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。击穿时对应的反向电压称为击穿电压，计为V(BR)。击穿形式分为两种：雪崩击穿和齐纳击穿。雪崩击穿：如果掺杂浓度较低，PN结较厚实，当反向电压增高时，空间电荷区增厚，内电场加强，有利于少子的漂移运动，使