【正文】 ??? TUus eIiTU/us eIi ??sIi ?60 125 PN結(jié)的溫度特性 一、 反映在伏安特性上為： 溫度升高，正向特性向左移，反向特性向下移。 UT=K T/q ,溫度電壓當(dāng)量， 59 PN結(jié)伏安特性 由上式 ? 當(dāng) u為正時(shí) PN結(jié)外加正電壓時(shí)，流過(guò)電流為正電壓的 e指數(shù)關(guān)系。 58 三、 PN結(jié)電流方程 )1( / ??? TUus eIi圖 111 PN結(jié)的伏安特性 當(dāng) T=300K (室溫 )時(shí) , UT=26mV。 57 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。 ? PN結(jié)呈現(xiàn) 高阻性 。 ? 內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。 ? PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性，有較大的正偏電流。 ? 于是，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。如上圖，兩邊電荷量相等，所以會(huì)伸向輕摻雜區(qū)。兩者在動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，大小相等，而方向相反，所以流過(guò) PN結(jié)的總電流為零。 ? PN結(jié)很窄 （幾個(gè)到幾十個(gè) ?m)。 （ 3）擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)的 動(dòng)態(tài)平衡 。 48 P N 空間電荷區(qū) 內(nèi)電場(chǎng) UB （ b） 平衡時(shí)的 PN結(jié) 圖 17 PN結(jié)的形成 + + + + + + + + + + + + + + + 49 ? PN結(jié)形成“ 三步曲 ” （ 1）多數(shù)載流子的 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。交界處形成一個(gè)很薄的特殊物理層。 45 思考題與習(xí)題 ? 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別和在電子線路以及集成電路制造中的作用？ ? 說(shuō)明半導(dǎo)體材料的特性及其應(yīng)用 ? 解釋本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體的區(qū)別？ ? 解釋 N型半導(dǎo)體與 P型半導(dǎo)體的區(qū)別？ ? 為什么說(shuō)這兩種半導(dǎo)體仍然對(duì)外呈電中性？ ? 解釋雜質(zhì)半導(dǎo)體的多子濃度和少子濃度各由何種因素決定的？ ? 解釋漂移電流和擴(kuò)散電流的構(gòu)成？ 46 12 PN結(jié) PN結(jié)是半導(dǎo)體器件的核心，可以構(gòu)成一個(gè)二極管。 43 x0x0n ( 0 )n ( x )[ p ( x )]n0圖 1―6 半導(dǎo)體中載流子的濃度分布 44 擴(kuò)散電流 大小 主要取決于該處載流子濃度差（即濃度梯度）。 非平衡載流子濃度： 若一端注入載流子或用光線照射該端。金屬導(dǎo)體是不具有這種電流的，正是由于擴(kuò)散電流特性，才能夠?qū)⑺龀呻娮悠骷? 電場(chǎng)作用下的 漂移電流 兩種類型的電流 濃度差導(dǎo)致的 擴(kuò)散電流 40 Ip In 一、漂移電流 pn III ??總電流： 定義： 在電場(chǎng)作用下，半導(dǎo)體中的載流子作定向飄移運(yùn)動(dòng)而形成的電流。 在電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生定向的漂移運(yùn)動(dòng)形成漂移電流。 ，它與溫度幾乎無(wú)關(guān)；少子的濃度則主要與本征激發(fā)有關(guān)，因而它的濃度與溫度有十分密切的關(guān)系。 36 結(jié)論 ：在熱平衡下，多子濃度值與少子濃度值的乘積恒等于本征載流子濃度值 ni的平方。 結(jié)論： 多子的濃度主要由摻雜濃度決定。 多子 （多數(shù)載流子）：空穴； 少子 （少數(shù)載流子）：自由電子； P型半導(dǎo)體是 電中性的。雖然自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，但由于施主正離子的存在，使正、負(fù)電荷數(shù)相等，即 自由電子數(shù) = 空 穴 數(shù) + 施主正離子 問(wèn)題 ： N型半導(dǎo)體是帶正電還是帶負(fù)電？ 33 圖 15 P型半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)示意圖 受主原子 空 位 +4 +3 +4 +4 束縛電子 二、 P型半導(dǎo)體（ Positive type） 34 在本征硅（或鍺）中，摻入少量的三價(jià)元素（硼、鋁等），就得到 P型半導(dǎo)體 。 32 在 N型半導(dǎo)體中： 自由電子 ——多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子； 空穴 ——少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子。 ——施主雜質(zhì)。 ? 雜質(zhì)原子頂替硅原子，多一個(gè)電子位于共價(jià)鍵之外，受原子的束縛力很弱，很容易激發(fā)成為自由電子。 ? 根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為 N型半導(dǎo)體和 P型半導(dǎo)體。 29 112 雜質(zhì)半導(dǎo)體（摻雜半導(dǎo)體） ? 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的元素（稱為雜質(zhì)），會(huì)使其導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。 相比之下，室溫下只有極少數(shù)原子的價(jià)電子 (三萬(wàn)億分之一 )受激發(fā)產(chǎn)生電子、空穴對(duì)。 ——對(duì)溫度非常敏感 。 ）。 26 本征載流子濃度： kTEiiGeTApn 2/2/300???式中： ni、 pi —— 分別表示電子和空穴的濃度（㎝ 3）； T—— 為熱力學(xué)溫度（ K）； EG0為 T= 0K（ 273oC）時(shí)的禁帶寬度（硅為，鍺為 ）； k為玻爾茲曼常數(shù)（ 106V/K）； A0為與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)（硅為 1016㎝ 3 一分為二 本征激發(fā) 復(fù) 合 合二為一 ? 載流子濃度： 載流子濃度越大，復(fù)合的機(jī)會(huì)就越多。 25 二、本征載流子濃度 ? 復(fù)合： 由于正負(fù)電荷相吸引，自由電子會(huì)填入空穴成為價(jià)電子，同時(shí)釋放出相應(yīng)的能量，從而消失一對(duì)電子、空穴，這一過(guò)程稱為復(fù)合。 24 結(jié)論 ? 在半導(dǎo)體中，有 兩種 載流子： 自由電子 （負(fù)電荷）和 空穴 （正電荷）。但是一個(gè)空穴運(yùn)動(dòng)所引起的電流的大小只與空穴的多少有關(guān)，與多少個(gè)價(jià)電子運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。 ? 有溫度環(huán)境就有載流子 ——本征激發(fā) 一、半導(dǎo)體中的載流子 ——自由電子和空穴 22 +4 +4 +4 +4 自 由 電 子 空 穴 束 縛 電 子 圖13 本征激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴 在一定的溫度下，或者受到光照時(shí)，使價(jià)電子獲得一定的額外能量，一部分價(jià)電子就能夠沖破共價(jià)鍵的束縛變成自由電子 —— 本征激發(fā) 23 注意： 空穴的運(yùn)動(dòng)可以看成一個(gè)帶正電荷的粒子的運(yùn)動(dòng)。 21 ? 絕對(duì)零度（ 273OC）時(shí)晶體中無(wú)自由電子 ——相當(dāng)于 絕緣體 。 ——束縛電子，不能參與導(dǎo)電。