第4章半导体器件ppt课件.ppt

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1、4.1半导体的基础知识4.2PN结及半导体二极管4.3三极管第四章半导体器件模拟电路：研究输出与输入信号之间的大小、相位、失真等方面的关系。基本电路元件：晶体管、场效应管、集成运算放大器。基本模拟电路：信号放大及运算（信号放大、功率放大）、信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波）、信号发生（正弦波发生器、三角波发生器等）。研究方法：建立等效模型，近似计算。导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，

2、如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。导体、半导体和绝缘体§4.1半导体的基本知识半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化--热敏特性、光敏特性。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变--掺杂特性。4.1.1本征半导体现代电子学中，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。Si硅原子Ge锗原子(14-6)本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，每个原子都处在正四面体的中心，而相邻四个原子位于四面体的顶点，每个

3、原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。共价键形成后，每个原子最外层电子是八个，构成比较稳定的结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4本征半导体的导电机理在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚，本征半导体中没有可以自由运动的带电粒

4、子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。1.载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子自由电子、空穴成对出现2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴可吸引附近的电子来填补，其结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子：自由电子和空穴。自由电子：在晶格中运动；空穴：在共价键中运动温度越高，载流子的浓度越高，本征

5、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。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。4.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）N型半导体多余电子磷原子硅原子+N型硅表示SiPSiSi硅或锗+少量磷N型半导体空穴P型半导体硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并

6、且可以移动硅或锗+少量硼P型半导体杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体杂质型半导体中多子和少子的移动都可形成电流，但由于数量关系，起导电作用的主要是多子，受温度影响较小。一般近似认为多子与杂质浓度相等。4.2.1PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。§4.2PN结及半导体二极管(14-18)P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++

7、++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。内电场越强，漂移运动就越强，而漂移的结果使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。(14-19)P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动当扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡时，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。(14-20)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++++++

8、+空间电荷区N型区P型区电位VV0(14-21)1.空间电荷区中几乎没有载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴、N区中的自由电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3.P