电路与电子技术讲稿ppt课件.ppt

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1、第四章半导体器件半导体基本知识半导体二极管半导体三极管场效应管半导体基本知识本征半导体杂质半导体PN结及其单向导电性本征半导体半导体本征半导体本征半导体的导电性能半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素，每个原子最外层电子数为4。++SiGe半导体材料的特性纯净半导体的导电能力很差；掺杂性——掺入少量杂质导电能力增强。热敏性——温度升高导电能力增强；光敏性——光照增强导电能力增强,还可以产生电动势；本征半导体经过高度提纯的单一晶格结构的硅或锗原子构成的晶体，或者说，完全纯净、具有晶体结构的半导体称

2、为本征半导体。本征半导体的特点是：原子核最外层的价电子是四个，是四价元素，它们排列成非常整齐的晶格结构。所以半导体又称为晶体。本征半导体的导电性能价电子与共价键自由电子与空穴电子电流与空穴电流价电子与共价键在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合。每一原子的—个价电子与另一原子的一个价电子组成一个电子对。这对价电子是每两个相邻原子共有的，它们把相邻的原子结合在一起，构成所谓共价键的结构。共价键硅原子共价键价电子价电子受到激发，形成自由电子并留下空穴。半导体中的自由电子和空穴都能参与导电——半导体具有两种载流子。自由电子和空穴同时产生空穴自由电子与空穴在价电

3、子成为自由电子的同时，在它原来的位置上就出现一个空位，称为空穴。空穴表示该位置缺少一个电子，丢失电子的原子显正电，称为正离子。自由电子又可以回到空穴的位置上，使离子恢复中性，这个过程叫复合。硅原子共价键价电子产生与复合SiSiSiSiSi电子电流与空穴电流在外电场的作用下，有空穴的原子可以吸引相邻原子中的价电子，填补这个空穴。同时，在失去了一个价电子的相邻原子的共价键中出现另一个空穴，它也可以由相邻原子中的价电子来递补，而在该原于中又出现一个空穴。如此继续下去就好象空穴在运动。而空穴运动的方向与价电子运动的方向相反，因此空穴运动相当于正电荷的运动，称为空穴电流。空穴价电子

4、SiSiSiSiSi杂质半导体本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数目极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入微量的杂质(某种元素)，这将使掺杂后的半导体(杂质半导体)的导电性能大大增强N型半导体P型半导体N型半导体在硅或锗晶体中渗入少量磷(或其它五价元素)。每个磷原子有五个价电子故在构成共价键结构时将因多出一个价电子，这样，在半导体中多出的该价电子容易挣脱束缚形成自由电子。这种以自由电子导电作为主要导电方式的半导体称为电子型半导体或N型半导体。SiGe+P=N型P+多余电子SiSiSiSiSiSiP特点在N型半导体中电子是多数载流子、空穴是少数载流子。P型半导体

5、在硅或锗晶体中渗入硼(或其它三价元素)。每个硼原子只有三个价电子故在构成共价键结构时将因缺少一个电子而形成一个空穴，这样，在半导体中就形成了大量空穴。这种以空穴导电作为主要导电方式的半导体称为空穴半导体或P型半导体。SiGe+B=P型SiSiSiSiSiSiB+B空穴掺硼的半导体中，空穴的数目远大于自由电子的数目。空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，这种半导体称为空穴型半导体或P型半导体一般情况下，掺杂半导体中多数载流子的数量可达到少数载流子的1010倍或更多，电子载流子数目将增加几十万倍。PN结及其单向导电性PN结的形成PN结的单向导电性PN结的形成在一块晶体两边分

6、别形成P型和N型半导体。图中代表得到一个电子的三价杂质(例如硼)离子，带负电；代表失去一个电子的五价杂质(例如磷)离子带正电。由于P区有大量空穴(浓度大)，而N区的空穴极少(浓度小)，因此空穴要从浓度大的P区向浓度小的N区扩散。PN自由电子空穴扩散扩散空间电荷区P区N区内电场多数载流子将扩散形成耗尽层；耗尽了载流子的交界处留下不可移动的离子形成空间电荷区；（内电场）内电场阻碍了多子的继续扩散。空间电荷区P区N区空间电荷区的内电场对多数载流子的扩散运动起阻挡作用。但对少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴)则可推动它们越过空间电荷区，进入对方。少数载流子在内电场作用下有规则

7、的运动称为漂移运动。漂移漂移扩散与漂移扩散和漂移的动态平衡形成了PN结扩散和漂移是互相联系，又是互相矛盾的。在开始形成空间电荷区时，多数载流子的扩散运动占优势。但在扩散运动进行过程中，空间电荷区逐渐加宽，内电场逐步加强。于是在一定条件下(例如温度一定)，多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数裁流子的漂移运动则逐渐增强。最后扩散运动和漂移运动达到动态平衡。达到平衡后空间电荷区的宽度基本上稳定下来，PN结就处于相对稳定的状态。PN结的单向导电性如果在PN结上加正向电压，即外电源的正端接P区，负端接N区。可见外电场与内电场的方向相反，