【正文】 半導體器件 半導體基礎知識 雜質半導體 半導體二極管 雙極型三極管 場效應管 常見結構及伏安特性 主要參數(shù) PN 結 等效電路 本征半導體 基礎知識 形 成 單向導電性 穩(wěn)壓二極管 結 型 放大電路 絕緣柵型 結構及類型 工作原理 特性曲線 主要參數(shù) 非線性元件 等效電路 應用舉例 第一章 常用半導體器件 P69 13。 16。 19。 111。 112 本章練習 本節(jié)需掌握、理解的重點 半導體基礎知識 本征半導體中的載流子 雜質半導體 半導體中的電流 物質分類 導體 — 導電率為 ， 量級，如金屬 絕緣體 — 導電率為 10221014 ，如：橡膠、云母、塑料等。 — 導電能力隨條件變化。 如：硅、鍺、砷化鎵等。 半導體 半導體特性 摻入雜質則導電率增加幾百倍 摻雜特性 半導體器件 溫度增加使導電率大為增加 溫度特性 熱敏器件 光照不僅使導電率大為增加還可以產生電動勢 光照特性 光敏器件 光電器件 導體、絕緣體和半導體 半導體 本征半導體 雜質半導體 P型半導體 (摻入的三價元素如 B、 Al、 In等 ) N型半導體 (摻入的五價元素如 P、 Se等 ) 本征半導體 完全純凈、結構完整的半導體晶體。 純度： %，“九個 9” 它在物理結構上呈單晶體形態(tài)。 常用的本征半導體 Si +14 2 8 4 Ge +32 2 8 18 4 +4 本征半導體共價鍵結構 在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成 共價鍵 ，共用一對價電子。 晶體結構 形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構 成穩(wěn)定結構。 本征半導體的原子結構和共價鍵 : +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 共價鍵內的電子 稱為 束縛電子 價帶 導帶 掙脫原子核束縛的電子 稱為 自由電子 價帶中留下的空位 稱為 空穴 禁帶 EG 外電場 E 自由電子定向移動 形成 電子流 束縛電子填補空穴的 定向移動形成 空穴流 本征激發(fā) :價電子獲得足夠能量而掙脫共價鍵的束縛 ,成為 自由電子 ,這種激發(fā)稱 本征激發(fā) (常溫下 ) 電子空穴對 :由熱激發(fā)而產生的自由電子和空穴對 空穴的移動 :空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依 次充填空穴來實現(xiàn)的。 本征半導體熱激發(fā) 復合： 自由電子在運動的過程中與空穴相遇就會填補空 穴同時消失的現(xiàn)象。 1. 本征半導體中有兩種載流子 — 自由電子和空穴 它們是成對出現(xiàn)的 2. 在外電場的作用下，產生電流 — 電子流和空穴流 電子流 自由電子作定向運動形成的 與外電場方向相反 自由電子始終在導帶內運動 空穴流 價電子遞補空穴形成的 與外電場方向相同 始終在價帶內運動 本征半導體中的載流子： 本征半導體載流子的濃度： 電子濃度 ni :表示單位體積的自由電子數(shù) 空穴濃度 pi :表示單位體積的空穴數(shù) 。 kT/Eii GOeTKpn2231???K1— 與材料有關的常數(shù) EGO— 禁帶寬度 (熱力學溫度為零時 ,掙脫共價鍵束縛所需要的能量 ) T— 絕對溫度 k— 玻爾曼常數(shù) 結論 1. 本征半導體中 電子濃度 ni = 空穴濃度 pi 2. 載流子的濃度與 T、 EGO有關 雜質半導體 P型半導體 (摻入的三價元素如 B、 Al、 In等 ) N型半導體 (摻入的五價元素如 P、 Se等 ) 雜質半導體 N型半導體 : +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +5+5 在本征半導體中摻入五價元素如 P 價帶 導帶 + + + + + + + 施主能級 自由電子是 多數(shù)載流子簡稱多子 空穴是 少數(shù)載流子簡稱少子 雜質原子提供 由熱激發(fā)形成 由于五價元素很容易貢獻電子，因此將其稱為 施主雜質 。施主雜質因提供自由電子而帶正電荷成為 正離子 被施主雜質所束縛的電子的能量狀態(tài)稱為施主能級 . 本征激發(fā)引起 P型半導體 : +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +3+3在本征半導體中摻入的三價元素如 B 價帶 導帶 受主能級 自由電子是少數(shù)載流子 空穴是多數(shù)載流子 雜質原子提供 由本征激發(fā)形成 因留下的空位很容易俘獲電子 ， 使雜質原子成為 負離子 。 三價雜質因而也稱為 受主雜質 。 被受主雜質所束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級 . 摻入雜 質對本征半導體的導電性有很大 的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下 : T=300 K室溫下 ,本征硅的電子和空穴濃度 : n = p = 1010/cm3 1 本征硅的原子濃度 : 1022/cm3 3 以上三個濃度基本上依次相差 106/cm3 。 2 摻雜后 N 型半導體中的自由電子濃度 : n=5 1016/cm3 雜 質對半導體導電性的影響 導電結構模型的表示方法 P型半導體的導電結構 N型半導體的導電結構 其中帶 “ ”的圓圈表示不能移動的負離子，帶 “ +”號的圓圈表示不能移動的正離子，小白點表示空穴，小紅點表示自由電子。 半導體中的電流 漂移電流 在電場作用下 ,半導體中的載流子作定向漂移運動形成的電流。 I=IN+IP 擴散電流 在半導體中，當載流子的濃度頒布不均勻時，載流子也會從濃度高處向低處作擴散運動，從而形成擴散電流，直到載流子濃度達到平衡為止。 本節(jié)中的有關概念 ? 本征半導體、本征激發(fā) 自由電子 空穴 N型半導體、施主雜質 (5價 ) P型半導體、受主雜質 (3價 ) ? 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子 ?雜質半導體 復合 *半導體導電特點 1： 其導電能力容易受溫度、光照等環(huán)境 因素影響 溫度 ↑→載流子濃度 ↑→導電能力 ↑ *半導體導電特點 2： 摻雜可以顯著提高導電能力 P67 第一題 自測一下 PN結 本節(jié)需掌握、理解的重點 空間電荷區(qū)的形成 PN結單向導電性 P區(qū) N區(qū) 擴散運動 載流子 從 濃度 大 向濃度 小 的區(qū)域 擴散 ,稱 擴散運動 形成的電流成為 擴散電流 內電場 內電場 阻礙多子 向對方的 擴散 即 阻礙擴散運動 同時 促進少子 向對方 漂移 即 促進了漂移運動 擴散運動 =漂移運動時 達到 動態(tài)平衡 PN結的形成 擴散到 P區(qū)的自由電子與空穴 復合， 擴散到 N區(qū)的空穴與自由電子 復合 P區(qū)出現(xiàn)負離子區(qū)， N區(qū)出現(xiàn)正 離子區(qū)，都不能移動 ? Uho PN結的接觸電位 ? 內電場的建立，使 PN結中產生電位差。從而形成接觸電位 Uho ? 接觸電位 Vho決定于材料及摻雜濃度 在一塊本征半導體在兩側通過擴散不同的雜質 ,分別形成 N型半導體和 P型半導體。在結合面上： 因濃度差 空間電荷區(qū)形成內電場 ? 內電場促使少子漂移