电子线路基础 第一章ppt课件.ppt

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1、第1章常用半导体器件1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3半导体三极管1.4场效应管11.1半导体基础知识在自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体三大类。将很难导电、电阻率大于1010Ω·cm的物质，称为绝缘体。例如：塑料、橡胶、陶瓷等材料;将很容易导电、电阻率小于10-4Ω·cm的物质，称为导体。例如：铜、铝、银等金属材料;将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在10-3~109Ω·cm范围内的物质，称为半导体。常用的半导体材料：硅（Si）和锗（Ge）。2半导体的热敏特性、光敏特性和掺杂特性：热敏特性：纯净

2、的半导体硅，当温度从30℃升高到40℃时，电阻率减小一半；而从30℃到100℃时，铜的电阻率减少不到一半。掺杂特性：纯净硅在室温时的电阻率为2.14×105Ω·cm，如果在纯净硅中掺入百万分之一浓度的磷原子，此时硅的纯度仍可高达99.9999％，但它的电阻率却下降到0.2Ω·cm，几乎减少到原来的百万分之一。利用半导体的热敏特性和光敏特性可制作各种热敏元件和光敏元件，利用掺杂特性制成的PN结是各种半导体器件的主要组成部分。31.1.1本征半导体纯净的单晶半导体称为本征半导体，即不含任何杂质、结构完整的半导体。1．本征半导体的晶体结构常用的半导体材料硅（Si

3、）和锗（Ge）的原子序数分别为14和32，它们的原子结构如图1-1（a）和（b）所示。图1-1硅和锗的原子结构模型(a)硅；(b)锗；(c)原子简化模型4硅和锗都是晶体，晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵——称为晶格。整块晶体内部晶格排列完全一致的晶体称为单晶。硅和锗的单晶体即为本征半导体。图1-2硅和锗晶体共价键结构示意图52．本征半导体中的两种载流子在绝对零度（T=-273℃或T=0K）下，本征半导体中的每个价电子都被束缚在共价键中，不存在自由运动的电子，本征半导体相当于绝缘体。在室温下（T=27℃或T=300K），本征半导体中一部分价电子因受热而

4、获得足够的能量挣脱共价键的束缚成为自由电子，与此同时，在该共价键上留下了空位，这个空位称为空穴。由于本征半导体在室温下每产生一个自由电子必然会有一个空穴出现，即电子与空穴成对产生，称之为电子-空穴对。这种由于本征半导体受热而产生电子-空穴对的现象称为本征激发。6本征半导体导电依靠两种载流子-自由电子和空穴73．热平衡载流子的浓度在本征半导体中不断地进行着激发与复合两种相反的过程，当温度一定时，两种状态达到动态平衡，即本征激发产生的电子-空穴对，与复合的电子-空穴对数目相等，这种状态称为热平衡状态。半导体中自由电子和空穴的多少分别用浓度（单位体积中载流子的

5、数目）ni和pi来表示。热平衡状态下的本征半导体：其载流子的浓度是一定的，并且自由电子的浓度和空穴的浓度相等。8式中：浓度单位为cm-3，K是常量（硅为3.88×1016cm-3K-3/2，锗为1.76×1016cm-3K-3/2），T为热力学温度，k是玻尔兹曼常数（8.63×10-5eV/K），Eg0是T=0K(即-273℃)时的禁带宽度(硅为1.21eV，锗为0.785eV)。（1-1）本征半导体的载流子浓度与温度和材料有关。尽管本征半导体在室温情况下具有一定的导电能力，但是，载流子的数目远小于原子数目，因此本征半导体的导电能力是很低的。91.1.2杂

6、质半导体利用半导体的掺杂特性，人为的在本征半导体中掺入少量的其他元素，可以使本征半导体的导电性能发生显著的变化。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，杂质半导体可分为N(Negative)型半导体和P(Positive)型半导体。10图1-4N型半导体结构示意图1．N型半导体在纯净的单晶体硅中，掺入微量的五价杂质元素，如磷、砷、锑等，使原来晶格中的某些硅原子被杂质原子所取代，便构成N型半导体。自由电子：多数载流子(多子)空穴：少数载流子(少子)施主原子：杂质原子112．P型半导体在纯净的单晶硅中掺入微量的三价杂质元素，如硼、镓、铟等，便构成P

7、型半导体。在P型半导体中，由于掺入的是三价杂质元素，使空穴浓度远大于自由电子浓度，空穴：多数载流子(多子)自由电子：少数载流子(少子)受主原子：杂质原子图1-5P型半导体结构示意图121.1.3PN结半导体器件的核心是PN结。半导体二极管是：单个PN结；半导体三极管具有：两个PN结；场效应管的基本结构也是：PN结。单纯的P型或N型半导体，仅仅是导电能力增强了，因此它还不是电子线路中所需要的半导体器件。若在一块本征半导体上，两边掺入不同的杂质，使一边成为P型半导体，另一边成为N型半导体，则在两种半导体的交界面附近形成一层很薄的特殊导电层——PN结。PN结是构

8、成各种半导体器件的基础。13++++----+++++++++++