補(bǔ)充半導(dǎo)體基礎(chǔ).ppt

,模電 第1章 半導(dǎo)體基礎(chǔ),1,1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí),一、半導(dǎo)體,半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。 常用的半電體材料為硅（Si）和鍺（Ge），它們均為四價(jià)元素 半導(dǎo)體具有特殊性質(zhì)：光敏特性、熱敏特性及摻雜特性等。,1.1.1 本征半導(dǎo)體,2,在熱力學(xué)溫度零度 和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí), 本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。,把純凈的沒(méi)有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶稱為本征半導(dǎo)體,圖1.2 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu),+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,二、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu),3,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,自由電子,空穴,成對(duì)出現(xiàn),成對(duì)消失,本征激發(fā)和復(fù)合,三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子,電子和空穴,4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,外電場(chǎng)方向,在外電場(chǎng)作用下，電子和空穴均能參與導(dǎo)電,價(jià)電子填補(bǔ)空穴,形成兩種電流： 電子電流， 空穴電流,5,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體,一 . N 型半導(dǎo)體,在硅或鍺的晶體 中 摻入少量的 五價(jià)元 素,如磷, 則形成N型半導(dǎo) 體。,多余價(jià)電子,自由電子,圖1-4 N型半導(dǎo)體,6,N 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖,在N型半導(dǎo)體中,電子是多數(shù)載流子（多子）, 空穴是少數(shù)載流子（少子），但仍是電中性,第1章 1.1,7,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,空穴,二. P型半導(dǎo)體,在硅或鍺的晶體中摻入少量的三價(jià)元素,如硼,則形成P 型半導(dǎo)體。,+4,8,在P型半導(dǎo)中,空穴是多數(shù)載流子,電子是少數(shù)載流子。,9,一、PN 結(jié)的形成,在同一塊半導(dǎo)體單晶上,形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體,在這兩種半導(dǎo)體的交界處就形成了一個(gè)PN 結(jié)。,1.1.3 PN 結(jié),多子擴(kuò)散,少子漂移,內(nèi)電場(chǎng)方向,空間電荷區(qū),P 區(qū),N 區(qū),10,由于載流子的濃度差，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散。這種由于濃度差引起的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。,隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，這個(gè)不能移動(dòng)的電荷區(qū)叫空間電荷區(qū)。因沒(méi)有載流子，也叫耗盡層、勢(shì)壘區(qū)、阻擋層。,11,由空間電荷區(qū)產(chǎn)生的、方向?yàn)镹區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)阻礙了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使少子產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，即N區(qū)的空穴向P區(qū)漂移， P區(qū)的電子向N區(qū)漂移。,當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，擴(kuò)散電流等于漂移電流且方向相反，PN結(jié)中電流為零，PN結(jié)寬度及電位差Uho為恒定值。 硅：（0.60.8）V；鍺：（0.1 0.3）V。,12,二、 PN 結(jié)的特性,1、PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?是指PN結(jié)在不同極性的外加電壓作用時(shí)，其導(dǎo)電能力有顯著差異。,13,內(nèi)電場(chǎng)方向,R,P 區(qū),N 區(qū),外電場(chǎng)驅(qū)使P區(qū)的空穴進(jìn)入空間 電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷,N區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū) 抵消一部分正空間電荷,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形 成較大的正向電流,（1） 外加正向電壓(正偏)（P端接電源正極）,PN結(jié)兩端不能直接接電源兩端。,14,P 區(qū),N 區(qū),內(nèi)電場(chǎng)方向,R,（2） 外加反向電壓(反偏) （N端接電源正極）,少數(shù)載流子越過(guò)PN結(jié)形成很小的反向電流,15,PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)正向偏置時(shí)靠多子導(dǎo)電，產(chǎn)生的正向電流數(shù)值較大,此時(shí)容易導(dǎo)電； PN結(jié)反向偏置時(shí)靠少子導(dǎo)電，產(chǎn)生的反向電流數(shù)值很小，幾乎不導(dǎo)電。,16,2、PN結(jié)的伏安特性及其表達(dá)式,I為流過(guò)PN結(jié)的電流，U為PN結(jié)兩端的外加電壓。 Is為反向飽和電流， UT 為“溫度電壓當(dāng)量” ，常溫時(shí)，UT 26mV,PN結(jié)的伏安特性是指PN結(jié)兩端的外加電壓與流過(guò)PN結(jié)的電流之間的關(guān)系曲線。,17,PN加正向電壓，且UUT時(shí)，,PN加反向電壓，且U UT時(shí)，,3、PN結(jié)的擊穿特性,當(dāng)PN結(jié)反向電壓超過(guò)一定數(shù)值UBR后，反向電流急劇增加，該現(xiàn)象稱為反向擊穿， UBR稱為反向擊穿電壓,19,雪崩擊穿 2. 齊納擊穿,當(dāng)PN結(jié)反向電壓增加時(shí)，可能會(huì)發(fā)生反向擊穿。 要保證PN結(jié)不因電流過(guò)