第4章半导体二极管三极管和场效应管ppt课件.ppt

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1、第4章半导体二极管、三极管和场效应管4.1　PN结4.2　半导体二极管4.3双极型晶体管一半导体（一）半导体基本知识1.导体、绝缘体、半导体：物质导电能力的强弱——可用电阻率（ρ）表示①导体：导电能力强的物质（ρ<10-3Ω*cm）利用自由电子导电②绝缘体：导电能力弱的物质（ρ>106Ω*cm）③半导体：常温下(27℃)导电能力居于导体及绝缘体之间的物质如，纯硅（Si）、纯锗(Ge)。（二）半导体的晶体结构制作半导体件最常用的材料：硅（Si）、锗（Ge）①晶体：原子按一定规律整齐排列的物质单晶体：原子

2、与原子之间通过共价键连接起来第一节　PN结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。硅(锗)的原子结构简化模型惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自由电子(束缚电子)空穴空穴空穴可在共价键内移动（一）本征半导体：纯净的单晶结构的半导体受惯性核束缚的价电子在绝对温度零度(0°K)即-273℃之下→本征半导体硅（锗）的全部价电子都为束缚电子与理想绝缘体一样不能导电。自由电子：价电子获得足够的能量挣脱惯性核的束缚(温度>0°

3、K时)带负电荷的物质——又称电子载流，这是由热激发而来的空穴：价电子成为自由电子时,原共价键留下了一个空位——带正电荷的物质，即空穴载流子。二半导体的导电原理本征激发：共价键分裂产生电子空穴对的过程复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。平衡：在一定条件下，激发与复合的过程达到动态平衡——本征半导体的自由电子和空穴的数目保持平衡。在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。载流子浓度：单位体积半导体中载流子的数目（个/m3）本征

4、半导体内电子载流子浓度（Ni）=空穴载流子浓度（Pi）本征载流子浓度=Ni+Pi（其值甚微）——即载流子浓度甚低本征半导体内的载流子浓度很低→导电能力很弱，故不能用来直接制作半导体器件两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)的运动空穴(在共价键以内)的运动结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。（二）杂质半导体1、N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素（磷）——增大自由电子浓度N

5、型+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数电子数2、P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素（硼）——增大空穴浓度P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—多子电子—少子载流子数空穴数①漂移运动：——漂移电流载流子在电场作用下定向运动所形成的电流。自由电子：从低→高电位漂移形成电流(方向与电场方向相反)空穴：从高→低电位漂移形成电流（方向与电场方向相同）电场强、漂移速度高、载流子浓度大=总漂移电流大。②扩散电流：物质由高浓度的地方向低浓度的地方运动所形成的电流

6、。浓度差越大→扩散能力越强→扩散电流越大扩散电流大小→同载流子浓度差或扩散运动快慢成正比（三）载流子的漂移运动和扩散运动3.扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，总电流I=0。三、PN结(PNJunction)的形成P型、N型半导体的简化图示负离子多数载流子少数载流子（电子）正离子多数载流子少数载流子P型N型1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层)空间电荷区特点:无载流子，阻止扩散进行，利于少子的漂移。内建电场PNP区N区内电场外电场外电场使多子向PN结移动,中和

7、部分离子使空间电荷区变窄。IF限流电阻扩散运动加强形成正向电流IF。IF=I多子I少子I多子2.外加反向电压(反向偏置)—reversebiasP区N区内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IRPN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子0四、PN结的特性（一）PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)1、PN结加正向电压当P区接“+”，N区接“-”，称为PN结正向偏置（正偏）。PN结呈导通状态

8、，电阻很小。2、PN结加反向电压当N区接“+”，P区接“-”，称为PN结反向偏置（反偏）。PN结呈截止状态，只有反向饱和电流流过，电阻很大。结论：（二）PN结的伏安特性反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当T=300(27C)：UT=26mVOu/VI/mA正向特性反向击穿加正向电压时加反向电压时i≈–IS(四）PN结的极间电容电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。势垒电容：是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生