【正文】 向電壓下， P 區(qū)中的電子濃度 np(或 N 區(qū)的空穴濃度 pn)分布曲線如圖中曲線 1 所示。? ：半導(dǎo)體材料的介電比系數(shù)；S ：結(jié)面積；l ：耗盡層寬度。勢壘電容的大小可用下式表示：　 　 由于 PN 結(jié) 寬度 l 隨外加電壓 U 而變化，因此 勢壘電容 Cb不是一個(gè)常數(shù) 。電容效應(yīng)包括兩部分 勢壘電容擴(kuò)散電容1. 勢壘電容是由 PN 結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。 結(jié)電容愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。3. 反向電流 IR通常希望 IR 值愈小愈好。2. 最高反向工作電壓 UR　 　 工作時(shí)允許加在二極管兩端的反向電壓值 。　 　 從二極管伏安特性曲線可以看出，二極管的電壓與電流變化不呈線性關(guān)系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，所以二極管屬于非線性器件。第一章 半導(dǎo)體器件結(jié)論：　 　 二極管具有單向?qū)щ娦浴舸╇妷篣(BR)第一章 半導(dǎo)體器件3. 伏安特性表達(dá)式 (二極管方程 )IS ：反向飽和電流UT ：溫度的電壓當(dāng)量在常溫 (300 K)下， UT ? 26 mV　 　 二極管加反向電壓，即 U 0，且 |U| UT ，則 I ? ? IS。第一章 半導(dǎo)體器件2. 反向特性– – 0–25–50I / mAU / V反向特性　 　 當(dāng)電壓超過零點(diǎn)幾伏后，反向電流不隨電壓增加而增大，即飽和；　 　 二極管加反向電壓，反向電流很??；　 　 如果反向電壓繼續(xù)升高，大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大；反向飽和電流 這種現(xiàn)象稱 擊穿 ，對應(yīng)電壓叫 反向擊穿電壓 。死區(qū)電壓 與材料和溫度有關(guān)，硅管約 V 左右，鍺管約 V 左右?！?　 相應(yīng)的電壓叫 死區(qū)電壓 。第一章 半導(dǎo)體器件二極管的伏安特性　 　 在二極管的兩端加上電壓，測量流過管子的電流， I = f (U )之間的關(guān)系曲線 ?！?　 按用途劃分： 有整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)荻O管等?！?　 點(diǎn)接觸型管子中不允許通過較大的電流，因結(jié)電容小，可在高頻下工作。二極管的結(jié)構(gòu)：(a)外形圖半導(dǎo)體二極管又稱晶體二極管?！　】梢?， PN 結(jié)具有 單向?qū)щ娦?。 對溫度十分敏感 ， 隨著溫度升高， IS 將急劇增大 。2. PN 結(jié)結(jié) 外加反向電壓 (反偏 )　 　 反向接法時(shí)，外電場與內(nèi)電場的方向一致，增強(qiáng)了內(nèi)電場的作用；外電場使空間電荷區(qū)變寬；　 　 不利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，漂移電流大于擴(kuò)散電流，電路中產(chǎn)生反向電流 I ；由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。外電場方向內(nèi)電場方向空間電荷區(qū)V RI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，電路中有較大的正向電流。電壓壁壘 UD，硅材料約為 ( ~ ) V, 鍺材料約為 ( ~ ) V。 少子的運(yùn)動(dòng)與多子運(yùn)動(dòng)方向相反 阻擋層圖 (b)第一章 半導(dǎo)體器件5. 擴(kuò)散與漂移的動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)增大，擴(kuò)散電流逐漸減小；隨著內(nèi)電場的增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)逐漸增加；當(dāng)擴(kuò)散電流與漂移電流相等時(shí)， PN 結(jié)總的電流空間電荷區(qū)的寬度約為幾微米 ~ 幾十微米；等于零，空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定。圖 P N第一章 半導(dǎo)體器件3. 空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場P N空間電荷區(qū)內(nèi)電場UD　　空間電荷區(qū)正負(fù)離子之間電位差 UD —— 電位壁壘 ；—— 內(nèi)電場 ；內(nèi)電場阻止多子的擴(kuò)散 —— 阻擋層 。 P NPN結(jié)圖 　 PN 結(jié)的形成第一章 半導(dǎo)體器件一、 PN 結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng)耗盡層空間電荷區(qū)P N1. 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)　 　 2. 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成空間電荷區(qū)　 　 電子和空穴濃度差形成 多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)?！?　 2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體 載流子的數(shù)目 要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)體，因而其導(dǎo)電能力大大改善。3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性?！?　 3 價(jià)雜質(zhì)原子稱為 受主原子。+3 　 　 空穴濃度多于電子濃度，即 p n。 電子稱為多數(shù)載流子 (簡稱多子 )， 空穴稱為少數(shù)載流子(簡稱少子 )。雜質(zhì)原子最外層有 5 個(gè)價(jià)電子，其中 4 個(gè)與硅構(gòu)成共價(jià)鍵，多余一個(gè)電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。常用的 5 價(jià)雜質(zhì)元素有磷、銻、砷等?！?　 5. 載流子的濃度與溫度密切相關(guān)，它隨著溫度的升高，基本按指數(shù)規(guī)律增加?！?　 4. 由于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，自由電子和空穴不斷的產(chǎn)生又不斷的復(fù)合。第一章 半導(dǎo)體器件1. 半導(dǎo)體中兩種載流子 帶負(fù)電的 自由電子帶正電的 空穴 　 　 2. 本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，稱為 電子 空穴對。T ? 自由電子 和 空穴 使 本征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，但很微弱。價(jià)電子共價(jià)鍵圖 　單晶體中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)　 　 當(dāng)溫度 T = 0 K 時(shí)，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。+4(b)簡化模型第一章 半導(dǎo)體器件　 本征半導(dǎo)體 +4+4+4+4 +4+4+4+4+4　 　 完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體導(dǎo)電性能是由其原子結(jié)構(gòu)決定的。　 　 3. 半導(dǎo)體： 導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間的物質(zhì)。 cm 物質(zhì)。如銅、銀、鋁等金屬材料。第一章 　 半導(dǎo)體器件　半導(dǎo)體的特性　半導(dǎo)體二極管　雙極型三極管 (BJT)　場效應(yīng)三極管第一章 半導(dǎo)體器件　半導(dǎo)體的特性　 　 1. 導(dǎo)體： 電阻率 ? 10?4 ? cm 的物質(zhì)?！?　 2. 絕緣體： 電阻率 ? 109 ?如橡膠、塑料等。大多數(shù)半導(dǎo)體器件所用的主要材料是硅 (Si)和鍺(Ge)。第一章 半導(dǎo)體器件硅原子結(jié)構(gòu)圖 　硅原子結(jié)構(gòu)(a)硅的原子結(jié)構(gòu)圖最外層電子稱 價(jià)電子 價(jià)電子鍺原子也是 4 價(jià)元素　 　 4 價(jià)元素的原子常常用+ 4 電荷的正離子和周圍 4個(gè)價(jià)電子表示。 　 　 將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結(jié)構(gòu)為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。第一章 半導(dǎo)體器件+4+4+4+4 +4+4 +4 +4+4圖 　本征半導(dǎo)體中的 　　　　 自由電子和空穴自由電子空穴 若 T ? ，將有少數(shù)價(jià)電子克服共價(jià)鍵的束縛成為 自由電子 ，在原來的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位 ——空穴。　 　 空穴可看成帶正電的載流子?！?　 3. 本征半導(dǎo)體中 自由電子 和 空穴 的濃度 用 ni 和 pi 表示，顯然 ni = pi 。 在一定的溫度下，產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動(dòng)會(huì)達(dá)到平衡，載流子的濃度就一定了。第一章 半導(dǎo)體器件　雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體有兩種N 型半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體一、 N 型半導(dǎo)體　 　 在硅或鍺的晶體中摻入少量的 5 價(jià) 雜質(zhì)元素，如磷、銻、砷等，即構(gòu)成 N 型半導(dǎo)體 (或稱電子型半導(dǎo)體 )。第一章 半導(dǎo)體器件 本征半導(dǎo)體摻入 5 價(jià)元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。 自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度，即 n p 。第一章 半導(dǎo)體器件+4+4+4+4 +4+4 +4 +4+4+5自由電子施主原子圖 　 N 型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)第一章 半導(dǎo)體器件二、 P 型半導(dǎo)體+4+4+4+4 +4+4 +4 +4+4　 　 在硅或鍺的晶體中摻入少量的 3 價(jià) 雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等，即構(gòu)成 P 型半導(dǎo)體 。 空穴為多數(shù)載流子 ，電子為少數(shù)載流子。受主原子空穴圖 　 P 型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)第一章 半導(dǎo)體器件說明：　 　 1. 摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。 4. 雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。(a)N 型半導(dǎo)體 (b) P 型半導(dǎo)體圖 　雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡化表示法第一章 半導(dǎo)體器件　半導(dǎo)體二極管　 PN 結(jié)及其單向?qū)щ娦? 在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為 P 型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成為 N 型半導(dǎo)體，兩個(gè)區(qū)域的交界處就形成了一個(gè)特殊的薄層， 稱為 PN 結(jié) ?！?PN 結(jié)，耗盡層。　　 4. 漂移運(yùn)動(dòng)　 　 內(nèi)電場有利于少子運(yùn)動(dòng) — 漂移。即 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。第一章 半導(dǎo)體器件二、二、 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. PN 外加正向電壓又稱正向偏置，簡稱正偏。圖 P N第一章 半導(dǎo)體器件　　在 PN 結(jié)加上一個(gè)很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流，為防止電流過大，可接入電阻 R。第一章 半導(dǎo)體器件空間電荷區(qū)圖 　反相偏置的 PN 結(jié)　 　 反向電流又稱 反向飽和電流 。P N外電場方向內(nèi)電場方向V RIS第一章 半導(dǎo)體器件　　綜上所述：　 　 當(dāng) PN 結(jié)正向偏置時(shí)，回路