晶體二極管及其基本電路-展示頁(yè)
2025-05-27 06:22本頁(yè)面
【正文】 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 6 本征載流子濃度： ? 載流子濃度： 載流子濃度越大，復(fù)合的機(jī)會(huì)就越多。 ? 受外界能量激發(fā)（熱、電、光），價(jià)電子獲得一定的額外能量，部分價(jià)電子能夠沖破共價(jià)鍵的束縛 ,形成自由電子和空穴對(duì) —— 本征激發(fā) 。1 第 1章 半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 導(dǎo)體 (Conductor) 半導(dǎo)體 (Semiconductor) 絕緣體 (Insulator) 物質(zhì) 半導(dǎo)體的特性： 1．導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間； 2．導(dǎo)電能力隨溫度、光照或摻入某些雜質(zhì)而發(fā)生顯著變化。 本征半導(dǎo)體 雜質(zhì)半導(dǎo)體 2 第 1章 半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 3 +14 2 8 4 +32 2 8 18 4 硅原子（ Silicon） 鍺原子（ Germanium） 圖 1 硅和鍺原子結(jié)構(gòu)圖 硅（ Si）、鍺（ Ge）和砷化鎵（ GaAs） １ １ １ 本征半導(dǎo)體 （ 純凈 的 單晶 半導(dǎo)體 ） 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 4 +4 +4 +4 +4 共 價(jià) 鍵 價(jià) 電 子 圖 12 單晶硅和鍺共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖 １ １ １ 本征半導(dǎo)體 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 5 １ １ １ 本征半導(dǎo)體 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 半導(dǎo)體導(dǎo)電的原因： 半導(dǎo)體中存在 2種載流子 (Carrier)， 即 自由電子(Free Electron)和空穴 (Hole)。 ? 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(chēng)為復(fù)合，與本征激發(fā)是相反的過(guò)程。在一定溫度下，當(dāng)沒(méi)有其它能量存在時(shí)，電子、空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合最終達(dá)到一種熱平衡狀態(tài)，使本征半導(dǎo)體中載流子的濃度一定。 ， 鍺為 1016㎝ 3 23?K 23?K本征載流子濃度： １ １ １ 本征半導(dǎo)體 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 8 說(shuō)明 ? 隨著 T的增加，載流子濃度按指數(shù)規(guī)律增加 —— 對(duì)溫度非常敏感。 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)。 １ １ １ 本征半導(dǎo)體 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 10 ? 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的元素（稱(chēng)為雜質(zhì)），會(huì)使其導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化 —— 雜質(zhì)半導(dǎo)體 。 112 雜質(zhì)半導(dǎo)體 （ 摻雜半導(dǎo)體 Impurity Semiconductor ） 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中： 濃度占優(yōu)勢(shì)的載流子稱(chēng)為：多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)多子；反之稱(chēng)為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)少子。 多子的濃度 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，雜質(zhì)原子所提供的多子數(shù) 遠(yuǎn)大于本征激發(fā)的載流子數(shù)。 112 雜質(zhì)半導(dǎo)體 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 12 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。 雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度： 112 雜質(zhì)半導(dǎo)體 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 對(duì) P型半導(dǎo)體，多子 pp與少子 np有： 222p p iiippAp n nnnnpN????14 小結(jié) ，可以大大改變半導(dǎo)體內(nèi)載流子的濃度，并使一種載流子多，另一種載流子少。 15 113 半導(dǎo)體中的電流 在導(dǎo)體中，載流子只有一種：自由電子。 在半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子和空穴。 ① 載流子濃度 ②外加電場(chǎng)強(qiáng)度 ③遷移速度 113 半導(dǎo)體中的電流 11 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 17 在半導(dǎo)體工作中，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是比漂移運(yùn)動(dòng)更為重要的導(dǎo)電機(jī)理。 平衡載流子濃度 ：一般的本征半導(dǎo)體在溫度不變、無(wú)光照或其他激發(fā)下，載流子濃度分布均勻。則該端的載流子濃度增加。 濃度差越大，擴(kuò)散電流越大，而與該處的濃度值無(wú)關(guān)。交界處形成一個(gè)很薄的特殊物理層 —— PN結(jié) 20 + + + + + + + + + + + + + + + P N （ a） 空穴和電子的擴(kuò)散 圖 17 PN結(jié)的形成 121 ＰＮ結(jié)的形成 12 PN結(jié) 21 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 + + + + + + + + + + + + + + + 121 ＰＮ結(jié)的形成 12 PN結(jié) 22 * 平衡時(shí)，多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到平衡，即擴(kuò)散過(guò)去多少多子，就有多少少子漂移過(guò)來(lái) * 開(kāi)始擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì) * 內(nèi)電場(chǎng)形成，阻止多子擴(kuò)散，但促進(jìn)少子漂移 *達(dá)到平衡的過(guò)程：擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) ? → 空間電荷區(qū) ? → 內(nèi)電場(chǎng) ?→ 多子擴(kuò)散 ?、少子漂移 ?→ 最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 121 ＰＮ結(jié)的形成 12 PN結(jié) 說(shuō)明： 23 * 空間電荷區(qū)（耗盡區(qū)、阻擋區(qū)、勢(shì)壘區(qū)） 121 Ｐ
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