半导体基本知识.ppt

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1、半导体的基本知识1.本征半导体及其导电性2.杂质半导体3.杂质对导电性的影响根据物体导电能力(电阻率)的不同,来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。1.本征半导体及其导电性(1)本征半导体的共价键结构(2)电子空穴对(3)空穴的移动本征半导体——化学成分纯净的半导体。(1)本征半导体的共价键结构基本概念:价电子共价键结构图1硅原子空间排列及共价键结构平面示意图(a)硅晶体的空间排列(b)共价键结构平面示意图(c)(2)电子空穴对基本概念:本征激发自由电子空穴(载流子)复合图2本征激发和复合的过程(3)空穴的移动自由

2、电子和空穴的定向运动形成了电流图3空穴在晶格中的移动在本征半导体中:1、电子、空穴成对出现2、均参与导电3、电子、空穴对的数目与温度成指数关系2.杂质半导体(1)N型半导体(2)P型半导体杂质半导体:本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质(1)N型半导体N型半导体(电子型半导体):在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷。图4N型半导体结构示意图(2)P型半导体P型半导体(空穴型半导体):在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓、铟。图5P型半导体的结构示意图在杂质半导体中:N型:电子数(n)>空穴数(p)P型:空穴数(p)>电子数(n)3.杂质对半导体导电

3、性的影响掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响,一些典型的数据如下: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/cm3PN结1.PN结的形成2.PN结的单向导电性3.PN结的电容效应1.PN结的形成本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。在结合面上形成PN结。图6PN结的形成过程最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在空间电荷区,由于缺少多子,所以也

4、称耗尽层。因浓度差多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散PN结形成过程:2.PN结的单向导电性(1)什么是单向导电性(2)单向导电性的机理(1)PN结加正向电压时的导电情况图7PN结加正向电压时的导电情况PN结呈现低阻性。扩散电流加大削弱了内电场。外加的正向电压PN结内电场(2)PN结加反向电压时的导电情况本征激发决定的少子浓度是一定的,故少子形成的漂移电流是恒定的,基本上与所加反向电压的大小无关,这个电流也称为反向饱和电流图8PN结加反向电压时的导电情况PN结呈现高阻性扩散电流减小加强了

5、内电场外加的反向电压PN结内电场3.PN结的电容效应1.势垒电容CB2.扩散电容CD(1)势垒电容CB图9势垒电容示意图外加电压变化空间电荷区的厚度改变多子浓度梯度变化(2)扩散电容CD外加正向电压变化图10扩散电容示意图在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。它们的结构示意图如图01.11(a)、(b)、(c)所示。(1)点接触型二极管——PN结面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路。(2)面接触型二极管——PN结面积大,用于工频大电流整流电路。(3)平面型二极管—往往用于集成电路制造工艺中。P

6、N结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。双极型半导体三极管1、双极型半导体三极管的结构2、双极型半导体三极管电流的分配与控制3、双极型半导体三极管的电流关系1.双极型半导体三极管的结构图两种极性的双极型三极管e-b间的PN结称为发射结(Je)c-b间的PN结称为集电结(Jc)中间部分称为基区,连上电极称为基极,用B或b表示(Base);一侧称为发射区,电极称为发射极,用E或e表示(Emitter);另一侧称为集电区和集电极,用C或c表示(Collector)。1、发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。2、发射区的掺杂浓度大,集电区掺杂浓度低;集电结面

7、积大;基区要制造得很薄。图:三极管符号2.三极管的电流分配与控制图三极管的电流传输关系放大工作状态:发射结加正向电压,集电结加反向电压。工作时一定要加上适当的直流偏置电压。IE=IEN+IEP且有IEN>>IEPIEN=ICN+IBN且有IEN>>IBN,ICN>>IBNIC=ICN+ICBOIB=IEP+IBN-ICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP-ICBO)IE=IC+IB3、双极型半导体三极管的电流关系(1)三种组态共集电极接法,集电极作为公共电极,用CC表示;共基极接法,基极作为公共电极,用

8、CB表示。共发射极接法,发射极作为公共电极,用CE表示;三极管的三种组态(2)三

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