【正文】 第 1 章 半導(dǎo)體 器件 2 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 本征半導(dǎo)體 雜質(zhì)半導(dǎo)體 載流子運(yùn)動(dòng)方式及形成電流 PN結(jié)與晶體二極管 PN結(jié)的基本原理 晶體二極管 晶體二極管電路 第一章 目錄 3 晶體三極管 晶體三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) 晶體管的放大原理 晶體三極管特性曲線 晶體管的主要參數(shù) 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （ JFET） 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 （ IGFET） 場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)及特點(diǎn) 第一章 目錄 （續(xù)） 4 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 5 ? 半導(dǎo)體 本征 半導(dǎo)體 ? ? 103Ω cm:導(dǎo)體 ? 108Ω cm:絕緣體 ? 介于導(dǎo)體和絕緣體之間 :半導(dǎo)體 純凈而不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體 : 常用半導(dǎo)體材料： Si、 Ge、 GaAs 6 ? 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 本征 半導(dǎo)體 每個(gè)原子和相鄰的 4個(gè)原子相互補(bǔ)足 8個(gè)電子，形成 穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 。 硅 (Si) 鍺 (Ge) 半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu) : 硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 8 ?本征 激發(fā) 與 復(fù)合 本征 半導(dǎo)體 激發(fā) ：價(jià)電子獲取外能由束縛狀態(tài)變?yōu)樽杂蔂铙w的過(guò)程 （熱）溫度 光 核輻射 …… 激發(fā) 一對(duì)載流子 電子 空穴（帶正電） 本征激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì) 10 熱敏性 半導(dǎo)體的電阻率隨著溫度的上升而明顯地下降 本征 半導(dǎo)體 光敏性 半導(dǎo)體的電阻率隨著光照的增強(qiáng)而明顯地 下降 11 復(fù)合 ： 激發(fā)后的自由電子釋放能量，重新回到束縛狀態(tài)即自由電子與空穴成對(duì)消失的過(guò)程。 本征 半導(dǎo)體 ?本征 激發(fā) 與 復(fù)合 載流子的密度 復(fù)合 12 本征 半導(dǎo)體 ?本征半導(dǎo)體中的載流子密度 熱 (T) 載流子密度 復(fù)合 激發(fā) 載流子密度 熱平衡 T=300K Si 溫度約每升高 10度， ni(T)、 pi(T)增大一倍。 310ii cm/ ??? 5si ????? 13 ? 半導(dǎo)體摻雜性 半導(dǎo)體摻雜后其電阻率大大地下降。摻雜后的半導(dǎo)體稱作 雜質(zhì)半導(dǎo)體。 本征 半導(dǎo)體 14 小結(jié) （ 1）半導(dǎo)體中存在 兩種載流子 ，一種是帶負(fù)電的 自由電子 ，另一種是帶正電的 空穴 ，它們都可以運(yùn)載電荷形成電流。 （ 2） 本征半導(dǎo)體中 ，自由電子和空穴相伴產(chǎn)生，數(shù)目相同。 （ 3） 一定溫度下 ， 本征半導(dǎo)體中電子空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合相對(duì)平衡 ， 電子空穴對(duì)的數(shù)目相對(duì)穩(wěn)定 。 15 （ 4） 溫度升高 ， 激發(fā)的電子空穴對(duì)數(shù)目增加 ， 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增強(qiáng) 。 （ 5） 空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體導(dǎo)電區(qū)別導(dǎo)體導(dǎo)電的一個(gè)主要特征 。 小結(jié) 16 ?雜質(zhì)半導(dǎo)體分 ： N型半導(dǎo)體 和 P型半導(dǎo)體 兩類 雜質(zhì) 半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)圖 本征半導(dǎo)體 +施主雜質(zhì) = N型半導(dǎo)體 ?N型半導(dǎo)體 (五價(jià)元素 ) N型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 18 電子 正離子 雜質(zhì)原子電離 電子 空穴 熱激發(fā) 雜質(zhì) 半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子 (即 多子 ） 為 電子 。 空穴 為少數(shù)載流子（即 少子 ） 19 ? P型半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)圖 雜質(zhì) 半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體 +受主雜質(zhì) = P型半導(dǎo)體 (三價(jià)元素 ) P型半導(dǎo)體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 21 空穴 負(fù)離子 雜質(zhì)原子電離 空穴 電子 熱激發(fā) P型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子 (多子 ） 為 空穴 。 電子 為少數(shù)載流子（即 少子 ） 雜質(zhì) 半導(dǎo)體 22 ? 漂移運(yùn)動(dòng)和漂移電流 載流子運(yùn)動(dòng)方式及其電流 漂移電流大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比 漂移運(yùn)動(dòng) ：載流子在電場(chǎng)力作用下所作的 運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng) 。 漂移電流 ：載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流 稱為漂移電流 。 23 ? 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)及擴(kuò)散電流 載流子運(yùn)動(dòng)方式及其電流 擴(kuò)散電流大小與載流子濃度梯度成正比 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) ：載流子受擴(kuò)散力的作用所作的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。 擴(kuò)散電流 ：載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為擴(kuò)散電流。 24 PN結(jié)與晶體二極管 25 ? PN結(jié)的形成 PN結(jié)基本原理 空間電荷區(qū) /耗盡層 內(nèi)建電場(chǎng) 26 擴(kuò)散 交界處的濃度差 P區(qū)的一些空 穴向 N區(qū)擴(kuò)散 N區(qū)的一些電 子向 P區(qū)擴(kuò)散 P區(qū)留下帶負(fù) 電的受主離子 N區(qū)留下帶正 電的施主離子 內(nèi)建電場(chǎng) 漂移電流 擴(kuò)散電流 PN 結(jié) 動(dòng)態(tài)平衡 PN結(jié)基本原理 抑制擴(kuò)散 27 PN結(jié)基本原理 UΦ 阻止多子繼續(xù)擴(kuò)散，同時(shí)有利少子定向漂移 UΦ： 勢(shì)壘電壓 UΦ= ~ ~ 空間電荷區(qū) /耗盡層 UΦ 內(nèi)建電場(chǎng) 小結(jié) ? 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既互 相聯(lián)系又互相矛盾。 ? 漂移電流 =擴(kuò)散電流時(shí)， PN結(jié)形成且 處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 PN結(jié)沒(méi)有電流 通過(guò)。 ? 摻雜越重，結(jié)寬越窄。 29 ? PN結(jié)特性 ? 單向?qū)щ娦? ? 擊穿特性 ? 電容特性 PN結(jié)基本原理 加偏壓時(shí)的耗盡層 UΦ UΦ–U 合成電場(chǎng) PN結(jié)加正向電壓 PN結(jié)基本原理 PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，內(nèi)建電場(chǎng)被削弱，勢(shì)壘高度下降，空間電荷區(qū)寬度變窄，這使得 P區(qū)和 N區(qū)能越過(guò)這個(gè)勢(shì)壘的 多數(shù)載流子 數(shù)量大大增加，形成較大的 擴(kuò)散電流 。 未加偏壓時(shí)的耗盡層 ? 單向?qū)щ娦? ? PN結(jié)呈現(xiàn)為小電阻 ? 結(jié)寬變窄 ? PN結(jié)正向?qū)顟B(tài) PN結(jié)外加正向電壓 加反向偏壓時(shí)的耗盡層 UΦ UΦ+U 合成電場(chǎng) PN結(jié)加反向電壓 PN結(jié)基本原理 PN外加反向電壓時(shí)，內(nèi)建電場(chǎng)被增強(qiáng)，勢(shì)壘高度升高，這就使得多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)很難進(jìn)行，擴(kuò)散電流趨于零，而 少子更容易產(chǎn)生 漂移運(yùn)動(dòng) 。 未加偏壓時(shí)的耗盡層 ?流過(guò) PN結(jié)的電流稱為 反向飽和電流 (即 IS)， PN結(jié)呈現(xiàn)為大電阻。 ?結(jié)寬增加。 ?該狀態(tài)稱為 PN結(jié) 反向截止 狀態(tài)。 PN結(jié)外加反向電壓 ? PN結(jié)加正向電壓時(shí)，正向擴(kuò)散電流 遠(yuǎn)大于漂移電流， PN結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié) 加反向電壓時(shí)，僅有很小的反向飽 和電流 IS,考慮到 IS?0，則 PN結(jié)截止。 ? PN結(jié)正向?qū)?、反向截止的特性稱 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴? ? 外電壓可改變結(jié)寬。 小結(jié) 35 擊穿 概念： PN結(jié)外加反向電壓值超過(guò)一定限度時(shí)，反向電流急劇增加的現(xiàn)