第章半導(dǎo)體物理和器件物理基礎(chǔ)ppt課件

1、第二章第二章 半導(dǎo)體物理半導(dǎo)體物理和器件物理根底和器件物理根底主要內(nèi)容主要內(nèi)容半導(dǎo)體資料根本特性半導(dǎo)體資料根本特性pnpn結(jié)結(jié) 雙極晶體管雙極晶體管金屬金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體場半導(dǎo)體場效應(yīng)管效應(yīng)管 半導(dǎo)體資料的根本特性半導(dǎo)體資料的根本特性電導(dǎo)率：電導(dǎo)率： 超導(dǎo)體超導(dǎo)體: 大于大于106( cm)-1(conductivity ) 導(dǎo)導(dǎo) 體體: 106104( cm)-1 半導(dǎo)體半導(dǎo)體: 10410-10( cm)-1 絕緣體絕緣體: 小于小于10-10( cm)-1？什么是半導(dǎo)體？什么是半導(dǎo)體(semiconductor)原子結(jié)合方式：共價鍵原子結(jié)合方式：共價鍵構(gòu)成的晶體構(gòu)造：構(gòu)成

2、的晶體構(gòu)造： 具具 有有 金金 剛剛 石石 晶晶 體體 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)半導(dǎo)體的主要特點半導(dǎo)體的主要特點 在純真半導(dǎo)體資料中，電導(dǎo)率隨溫度的上升在純真半導(dǎo)體資料中，電導(dǎo)率隨溫度的上升而指數(shù)地添加。而指數(shù)地添加。 半導(dǎo)體中雜質(zhì)半導(dǎo)體中雜質(zhì)impurity的種類和數(shù)量決的種類和數(shù)量決議著半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，而且在摻雜議著半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，而且在摻雜dope的情況下，溫度對電導(dǎo)率的影響較弱。的情況下，溫度對電導(dǎo)率的影響較弱。 在半導(dǎo)體中可以實現(xiàn)非均勻摻雜。在半導(dǎo)體中可以實現(xiàn)非均勻摻雜。 光的輻照、高能電子等的注入光的輻照、高能電子等的注入injection可以影響半導(dǎo)體的電導(dǎo)率?？梢杂绊懓雽?dǎo)體的電導(dǎo)率。常見的半

3、導(dǎo)體資料常見的半導(dǎo)體資料電子：電子：Electron，帶負(fù)電的導(dǎo)電載流子，是價，帶負(fù)電的導(dǎo)電載流子，是價電子脫離原子束縛電子脫離原子束縛 后構(gòu)成的自在電子，后構(gòu)成的自在電子，對應(yīng)于導(dǎo)帶中占據(jù)的電子對應(yīng)于導(dǎo)帶中占據(jù)的電子空穴：空穴：Hole，帶正電的導(dǎo)電載流子，是價電子，帶正電的導(dǎo)電載流子，是價電子脫離原子束縛脫離原子束縛 后構(gòu)成的電子空位，對應(yīng)后構(gòu)成的電子空位，對應(yīng)于價帶中的電子空位于價帶中的電子空位半導(dǎo)體的摻雜半導(dǎo)體的摻雜半導(dǎo)體就是靠電子和空穴的挪動導(dǎo)電的，在半導(dǎo)體就是靠電子和空穴的挪動導(dǎo)電的，在半導(dǎo)體中，電子和空穴統(tǒng)稱載流子半導(dǎo)體中，電子和空穴統(tǒng)稱載流子carriercarrier。自在電

4、子自在電子 帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷 電子流電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自在電子自在電子E總電流總電流載流子載流子空穴空穴 帶正電荷帶正電荷 空穴流空穴流半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機制導(dǎo)電機制N N型半導(dǎo)體，在半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，型半導(dǎo)體，在半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，砷等。主要依托電子導(dǎo)電。例如磷，砷等。主要依托電子導(dǎo)電。多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自在電子自在電子少數(shù)載流子少數(shù)載流

5、子 空穴空穴+N型半導(dǎo)體施主離子施主離子自在電子自在電子電子空穴對電子空穴對P P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。主要依托空穴導(dǎo)電。，如硼、鎵等。主要依托空穴導(dǎo)電?？昭昭ㄅ鹪优鹪庸柙庸柙?4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自在電子自在電子P型半導(dǎo)體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對電子空穴對施主：施主：Donor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的電子，并成為帶正電的體中提供導(dǎo)電的電子，并成為帶正電的離子。如離子。如Si中摻的中摻的P和和As。

6、依托施主提供。依托施主提供的電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為的電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為n型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。受主：受主：Acceptor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負(fù)電導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負(fù)電的離子。如的離子。如Si中摻的中摻的B。依托受主提供的。依托受主提供的空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為p型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 在半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。在半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。 實踐上，半導(dǎo)體中通常含有施主和受主雜質(zhì)，當(dāng)實踐上，半導(dǎo)體中通常含有施主和受主雜質(zhì)，當(dāng)施主數(shù)量大于受主時，半導(dǎo)體是施主數(shù)量大于受主時，半導(dǎo)體是

7、 n n 型的；反之，當(dāng)型的；反之，當(dāng)受主數(shù)量大于施主時，那么是受主數(shù)量大于施主時，那么是 p p 型的。型的。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和電阻率半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和電阻率均勻?qū)щ娰Y料的導(dǎo)電才干通常采用電阻或電導(dǎo)均勻?qū)щ娰Y料的導(dǎo)電才干通常采用電阻或電導(dǎo)來描畫，滿足歐姆定律。來描畫，滿足歐姆定律。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)可以經(jīng)過摻雜雜質(zhì)來實現(xiàn)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)可以經(jīng)過摻雜雜質(zhì)來實現(xiàn)，經(jīng)過半導(dǎo)體的電流是不均勻的，因此采用微分方式的經(jīng)過半導(dǎo)體的電流是不均勻的，因此采用微分方式的歐姆定律，并且利用電導(dǎo)率歐姆定律，并且利用電導(dǎo)率conductivity 和電和電阻率阻率resistivity 描畫半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)。描畫半導(dǎo)體的

8、導(dǎo)電性質(zhì)。EEj半導(dǎo)體的電導(dǎo)率電阻率與載流子濃度半導(dǎo)體的電導(dǎo)率電阻率與載流子濃度(concentration )摻雜濃度和遷移率摻雜濃度和遷移率(mobility )有有關(guān)。關(guān)。半導(dǎo)體的遷移率半導(dǎo)體的遷移率mobilitymobility 遷移率是指載流子電子和空穴在單位電場作遷移率是指載流子電子和空穴在單位電場作用下的平均漂移速度，即載流子在電場作用下運動用下的平均漂移速度，即載流子在電場作用下運動速度的快慢的量度，運動得越快，遷移率越大；運速度的快慢的量度，運動得越快，遷移率越大；運動得慢，遷移率小。它是反映半導(dǎo)體導(dǎo)電才干的重動得慢，遷移率小。它是反映半導(dǎo)體導(dǎo)電才干的重要參數(shù)。要參數(shù)。它對

9、半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電才干和任務(wù)速度有直接的它對半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電才干和任務(wù)速度有直接的影響。影響。同一種半導(dǎo)體資料中，載流子類型不同，遷移率同一種半導(dǎo)體資料中，載流子類型不同，遷移率不同，普通是電子的遷移率高于空穴。不同，普通是電子的遷移率高于空穴。 遷移率滿足方程：遷移率滿足方程：Ev載流子在電場中并不是不受阻力的，不斷加速的。載流子在電場中并不是不受阻力的，不斷加速的?，F(xiàn)實上，要與晶格、雜質(zhì)、缺陷等發(fā)生碰撞，這種現(xiàn)實上，要與晶格、雜質(zhì)、缺陷等發(fā)生碰撞，這種碰撞景象稱為散射碰撞景象稱為散射scatteringscattering。散射主要包括兩種：散射主要包括兩種：晶格散射和電離雜質(zhì)散射。晶格散射

10、和電離雜質(zhì)散射。單位電場作用下載流子獲得平均速度。單位電場作用下載流子獲得平均速度。反映了載流子在電場作用下輸運才干。反映了載流子在電場作用下輸運才干。晶格散射晶格散射晶格散射是由晶格振動，也就是晶格散射是由晶格振動，也就是熱運動引起的載流子散射。因此，溫?zé)徇\動引起的載流子散射。因此，溫度越高，晶格振動越猛烈，更加妨礙度越高，晶格振動越猛烈，更加妨礙了載流子的運動，遷移率下降。了載流子的運動，遷移率下降。EcEv晶格原子熱振動導(dǎo)致勢場的周期性遭晶格原子熱振動導(dǎo)致勢場的周期性遭到破壞，相當(dāng)于添加了一個附加勢到破壞，相當(dāng)于添加了一個附加勢理想晶格原子陳列理想晶格原子陳列以一定方式振動的晶格原子以一

11、定方式振動的晶格原子l電離雜質(zhì)散射電離雜質(zhì)散射是由電離雜質(zhì)構(gòu)成的正負(fù)電中心電離雜質(zhì)散射是由電離雜質(zhì)構(gòu)成的正負(fù)電中心對載流子的吸引或排斥作用引起的。雜質(zhì)越多，載對載流子的吸引或排斥作用引起的。雜質(zhì)越多，載流子和帶點中心越多，它們相遇的時機也就越多，流子和帶點中心越多，它們相遇的時機也就越多，就更加妨礙載流子的運動。因此，摻雜濃度越高，就更加妨礙載流子的運動。因此，摻雜濃度越高，遷移率越低。遷移率越低。電離雜質(zhì)散射電離雜質(zhì)散射影響遷移率的要素：影響遷移率的要素：溫度溫度摻雜濃度摻雜濃度半導(dǎo)體中載流子的散射機制：半導(dǎo)體中載流子的散射機制： 晶格散射晶格散射 熱熱 運運 動動 引引 起起 電離雜質(zhì)散射

12、電離雜質(zhì)散射 半導(dǎo)體中的載流子半導(dǎo)體中的載流子量子態(tài)和能級量子態(tài)和能級 用波函數(shù)描畫電子的形狀，也稱為態(tài)函數(shù)，用波函數(shù)描畫電子的形狀，也稱為態(tài)函數(shù)，這個形狀就稱為量子態(tài)這個形狀就稱為量子態(tài) quantum state。一個量子態(tài)上只需一個電子。一個量子態(tài)上只需一個電子。 并且在一定條件下，電子從一個量子態(tài)轉(zhuǎn)并且在一定條件下，電子從一個量子態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個量子態(tài)，稱為量子躍遷移到另一個量子態(tài)，稱為量子躍遷transition。價帶：價帶：0K0K條件下被電子填充的能量最高的能帶條件下被電子填充的能量最高的能帶導(dǎo)帶：導(dǎo)帶： 0K0K條件下未被電子填充的能量最低的能帶條件下未被電子填充的能量最低的能帶

13、禁帶：導(dǎo)帶底與價帶頂之間能帶禁帶：導(dǎo)帶底與價帶頂之間能帶帶隙：導(dǎo)帶底與價帶頂之間的能量差帶隙：導(dǎo)帶底與價帶頂之間的能量差半導(dǎo)體的能帶構(gòu)造半導(dǎo)體的能帶構(gòu)造施主能級施主能級受主能級受主能級雜質(zhì)能級雜質(zhì)能級雜質(zhì)可以使電子在其周圍運動構(gòu)成量雜質(zhì)可以使電子在其周圍運動構(gòu)成量子態(tài)，通常雜質(zhì)能級出如今禁帶之中子態(tài)，通常雜質(zhì)能級出如今禁帶之中。雜質(zhì)能級雜質(zhì)能級F施主和受主的電離能都很小，因此，根本上全施主和受主的電離能都很小，因此，根本上全部電離，構(gòu)成自在導(dǎo)電的電子和空穴。部電離，構(gòu)成自在導(dǎo)電的電子和空穴。F族受主能級和族受主能級和族施主能級分別間隔價帶和族施主能級分別間隔價帶和導(dǎo)帶很近，電離能小，稱為淺能級

14、。假設(shè)雜質(zhì)能導(dǎo)帶很近，電離能小，稱為淺能級。假設(shè)雜質(zhì)能級距導(dǎo)帶和價帶較遠(yuǎn)，稱為深能級。級距導(dǎo)帶和價帶較遠(yuǎn)，稱為深能級。F假好像時存在施主和受主時，將相互補償，當(dāng)假好像時存在施主和受主時，將相互補償，當(dāng)施主數(shù)目大于受主數(shù)目時，發(fā)生施主數(shù)目大于受主數(shù)目時，發(fā)生n型補償；反之，型補償；反之，發(fā)生發(fā)生p型補償。型補償。多子：多數(shù)載流子多子：多數(shù)載流子(majority carrier)n型半導(dǎo)體：電子型半導(dǎo)體：電子p型半導(dǎo)體：空穴型半導(dǎo)體：空穴少子：少數(shù)載流子少子：少數(shù)載流子(minority carrier)n型半導(dǎo)體：空穴型半導(dǎo)體：空穴p型半導(dǎo)體：電子型半導(dǎo)體：電子多子和少子的熱平衡多子和少子的熱

15、平衡在半導(dǎo)體中，由于熱運動，總是存在兩種在半導(dǎo)體中，由于熱運動，總是存在兩種運動過程：運動過程：電子電子空穴對的產(chǎn)生空穴對的產(chǎn)生電子電子空穴對的復(fù)合空穴對的復(fù)合recombination這兩個過程是對立的，并且也是同時存在這兩個過程是對立的，并且也是同時存在的。當(dāng)無外界影響時，半導(dǎo)體中將在產(chǎn)生的。當(dāng)無外界影響時，半導(dǎo)體中將在產(chǎn)生和復(fù)合這兩個過程的根底上構(gòu)成熱平衡。和復(fù)合這兩個過程的根底上構(gòu)成熱平衡。從宏觀上看，電子和空穴濃度不變。從宏觀上看，電子和空穴濃度不變。熱平衡時，本征載流子濃度：熱平衡時，本征載流子濃度： n=p=ni np=ni2本征本征intrinsic情況情況本征半導(dǎo)體：沒有摻雜

16、的半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：沒有摻雜的半導(dǎo)體本征載流子：本征半導(dǎo)體中的載流子本征載流子：本征半導(dǎo)體中的載流子 電電 子子 濃濃 度度 n, 空空 穴穴 濃濃 度度 p電中性條件電中性條件: 正負(fù)電荷之和為正負(fù)電荷之和為0p + Nd n Na = 0電子的平衡統(tǒng)計電子的平衡統(tǒng)計電子滿足費米電子滿足費米狄拉克統(tǒng)計，在據(jù)對溫度為狄拉克統(tǒng)計，在據(jù)對溫度為T的的物體內(nèi)，電子到達(dá)熱平衡時，能量為物體內(nèi)，電子到達(dá)熱平衡時，能量為E的能級被電的能級被電子占據(jù)的幾率為：子占據(jù)的幾率為： kTEEFeEf/11FE為費米能級。它反映了電子的填充程度。為費米能級。它反映了電子的填充程度。非本征半導(dǎo)體的載流子非本征半導(dǎo)體的

17、載流子2innp pn 在非本征情形在非本征情形: 熱平衡時熱平衡時:N型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：n大于大于pP型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：p大于大于nn型半導(dǎo)體：電子型半導(dǎo)體：電子 n Nd 空穴空穴 p ni2/Ndp型半導(dǎo)體：空穴型半導(dǎo)體：空穴 p Na 電子電子 n ni2/Na過剩載流子過剩載流子 由于受外界要素如光、電的作用，半導(dǎo)由于受外界要素如光、電的作用，半導(dǎo)體中載流子的分布偏離了平衡態(tài)分布，稱這體中載流子的分布偏離了平衡態(tài)分布，稱這些偏離平衡分布的載流子稱為過剩載流子。些偏離平衡分布的載流子稱為過剩載流子。當(dāng)外界要素撤除后，過剩載流子逐漸消逝，當(dāng)外界要素撤除后，過剩載流子逐漸消逝，稱為過剩

18、載流子的復(fù)合。稱為過剩載流子的復(fù)合。在外電場的作用下，半導(dǎo)體中的載流子會構(gòu)在外電場的作用下，半導(dǎo)體中的載流子會構(gòu)成兩種運動形狀：成兩種運動形狀：漂移漂移(drift)運動運動 分散分散(diffusion)運動運動Pn結(jié)結(jié)pn結(jié)是大多數(shù)半導(dǎo)體器件都會涉及到的結(jié)是大多數(shù)半導(dǎo)體器件都會涉及到的構(gòu)造。因此半導(dǎo)體器件的特性與任務(wù)過程同構(gòu)造。因此半導(dǎo)體器件的特性與任務(wù)過程同pn結(jié)的特性和原理親密相關(guān)。因此結(jié)的特性和原理親密相關(guān)。因此pn結(jié)對于結(jié)對于半導(dǎo)體器件的學(xué)習(xí)是特殊重要的。在半導(dǎo)體器件的學(xué)習(xí)是特殊重要的。在pn結(jié)根結(jié)根本構(gòu)造和原理的學(xué)習(xí)過程中，我們會遇到一本構(gòu)造和原理的學(xué)習(xí)過程中，我們會遇到一些非常

19、根本和重要的概念，是以后的學(xué)習(xí)過些非常根本和重要的概念，是以后的學(xué)習(xí)過程中會不斷提到的，因此一定要了解這些概程中會不斷提到的，因此一定要了解這些概念的物理涵義和根本性質(zhì)。念的物理涵義和根本性質(zhì)。pn結(jié)結(jié) (junction)pnpn結(jié)的根本構(gòu)造結(jié)的根本構(gòu)造假設(shè)在同一半導(dǎo)體內(nèi)部，一邊是假設(shè)在同一半導(dǎo)體內(nèi)部，一邊是P P 型，一型，一邊是邊是N N 型，那么會在型，那么會在P P 型區(qū)和型區(qū)和N N 型區(qū)的交界面型區(qū)的交界面附近構(gòu)成附近構(gòu)成pn pn 結(jié)，它的行為并不簡單等價于一結(jié)，它的行為并不簡單等價于一塊塊P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N 型半導(dǎo)體的串聯(lián)。這種構(gòu)造型半導(dǎo)體的串聯(lián)。這種構(gòu)造具有特

20、殊的性質(zhì)：單導(dǎo)游電性。具有特殊的性質(zhì)：單導(dǎo)游電性。PN PN 結(jié)是許多結(jié)是許多重要半導(dǎo)體器件的中心。重要半導(dǎo)體器件的中心。內(nèi)電場E因多子濃度差因多子濃度差構(gòu)成內(nèi)電場構(gòu)成內(nèi)電場多子的分散多子的分散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子分散，促使少子漂移。阻止多子分散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合結(jié)合+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子分散電流多子分散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層(depletion layer)PN結(jié)及其單導(dǎo)游電性結(jié)及其單導(dǎo)游電性 1 . PN結(jié)的構(gòu)成 少子飄移少子飄移補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子分散多子分散 又失去多子

21、，耗盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+內(nèi)電場E多子分散電流多子分散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層動態(tài)平衡：動態(tài)平衡： 分散電流分散電流 漂移電流漂移電流總電流總電流02. PN結(jié)的單導(dǎo)游電性結(jié)的單導(dǎo)游電性(1) 加正向電壓正偏加正向電壓正偏(forward bias) 電源正極接電源正極接P區(qū)，區(qū)，負(fù)極接負(fù)極接N區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。 外電場減弱內(nèi)電場外電場減弱內(nèi)電場耗盡層變窄耗盡層變窄 分散運動漂移運動分散運動漂移運動多子分散構(gòu)成正向電流多子分散構(gòu)成正向電流I F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場E正向

22、電流正向電流 (2) 加反向電壓加反向電壓(反偏反偏) (backward bias) 電源電源正極接正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向一樣。外電場的方向與內(nèi)電場方向一樣。 外電場加強內(nèi)電場外電場加強內(nèi)電場耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運動分散運動漂移運動分散運動少子漂移構(gòu)成反向電流少子漂移構(gòu)成反向電流I R+內(nèi)電場+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR根本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但IR與溫度有關(guān)。 PN PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向分散電流，呈現(xiàn)低電阻

23、，向分散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN PN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PN PN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN PN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單導(dǎo)結(jié)具有單導(dǎo)游電性。游電性。3. PN結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式 根據(jù)實際推導(dǎo)，PN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏正偏IF多子分散多子分散IR少子漂移少子漂移反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿(breakdown)熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結(jié)結(jié)電擊穿電擊穿可逆可逆4. PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效

24、應(yīng) 當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度要相應(yīng)當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改動，即地隨之改動，即PN結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。，就像電容充放電一樣。 (1) 勢壘電容CB空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)W+R+E+PN(2) 分散電容分散電容CD 當(dāng)外加正向電壓當(dāng)外加正向電壓不同時，不同時，PN結(jié)兩結(jié)兩側(cè)堆積的少子的側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度梯度數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相也不同，這就相當(dāng)電容的充放電當(dāng)電容的充放電過程。過程。+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL電容效應(yīng)在交流信

25、號作用下才會明顯表現(xiàn)出來電容效應(yīng)在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來極間電容結(jié)電容極間電容結(jié)電容PN結(jié)的運用結(jié)的運用 根據(jù)根據(jù)PN結(jié)的資料、摻雜分布、幾何結(jié)的資料、摻雜分布、幾何構(gòu)造和偏置條件的不同，利用其根本特構(gòu)造和偏置條件的不同，利用其根本特性可以制造多種功能的晶體二極管。如性可以制造多種功能的晶體二極管。如利用利用PN結(jié)單導(dǎo)游電性可以制造整流二極結(jié)單導(dǎo)游電性可以制造整流二極管、檢波二極管和開關(guān)二極管，利用擊管、檢波二極管和開關(guān)二極管，利用擊穿特性制造穩(wěn)壓二極管和雪崩二極管；穿特性制造穩(wěn)壓二極管和雪崩二極管；利用高摻雜利用高摻雜PN結(jié)隧道效應(yīng)制造隧道二極結(jié)隧道效應(yīng)制造隧道二極管；利用結(jié)電容隨外

26、電壓變化效應(yīng)制造管；利用結(jié)電容隨外電壓變化效應(yīng)制造變?nèi)荻O管。使半導(dǎo)體的光電效應(yīng)與變?nèi)荻O管。使半導(dǎo)體的光電效應(yīng)與PN結(jié)相結(jié)合還可以制造多種光電器件。如結(jié)相結(jié)合還可以制造多種光電器件。如利用正向偏置異質(zhì)結(jié)的載流子注入與復(fù)利用正向偏置異質(zhì)結(jié)的載流子注入與復(fù)合可以制造半導(dǎo)體激光二極管與半導(dǎo)體合可以制造半導(dǎo)體激光二極管與半導(dǎo)體發(fā)光二極管；利用光輻射對發(fā)光二極管；利用光輻射對PN結(jié)反向電結(jié)反向電流的調(diào)制造用可以制成光電探測器；利流的調(diào)制造用可以制成光電探測器；利用光生伏特效應(yīng)可制成太陽電池。此外，用光生伏特效應(yīng)可制成太陽電池。此外，利用兩個利用兩個PN結(jié)之間的相互作用可以產(chǎn)生結(jié)之間的相互作用可以產(chǎn)生放

27、大，振蕩等多種電子功能放大，振蕩等多種電子功能 。PN結(jié)是構(gòu)結(jié)是構(gòu)成雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管的中心，成雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管的中心，是現(xiàn)代電子技術(shù)的根底。在二級管中廣是現(xiàn)代電子技術(shù)的根底。在二級管中廣泛運用。泛運用。雙極晶體管雙極晶體管 半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于任務(wù)時，半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于任務(wù)時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運轉(zhuǎn)，因此，還被多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運轉(zhuǎn)，因此，還被稱為雙極型晶體管稱為雙極型晶體管Bipolar Junction Transistor,簡稱簡稱BJT。BJT是由兩個是由兩個PN結(jié)組成的。結(jié)組成的。雙極型晶體管的幾種常見外形雙極型晶

28、體管的幾種常見外形a a小功率管小功率管 b b小功率管小功率管 c c中功率管中功率管 d d大功率管大功率管 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)搜集區(qū)搜集區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)發(fā)射射結(jié)結(jié)搜搜集集結(jié)結(jié)發(fā)射極發(fā)射極(emitter)搜集極搜集極(collector)基極基極(base)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型共基極共基極共發(fā)射極共發(fā)射極共搜集極共搜集極NNP晶體管的共搜集極接法晶體管的共搜集極接法cbe晶體管中兩個結(jié)的相互作用是經(jīng)過晶體管中兩個結(jié)的相互作用是經(jīng)過載流子輸運表達(dá)出來的，由于基區(qū)寬度載流子輸運表達(dá)出來的，由于基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于基區(qū)中少

29、子的分散長度，因此發(fā)遠(yuǎn)小于基區(qū)中少子的分散長度，因此發(fā)射結(jié)注入基區(qū)的非平衡少子可以靠分散射結(jié)注入基區(qū)的非平衡少子可以靠分散經(jīng)過基區(qū)，并被搜集結(jié)電場拉向搜集區(qū)，經(jīng)過基區(qū)，并被搜集結(jié)電場拉向搜集區(qū)，流出搜集極，使得反向偏置搜集結(jié)流過流出搜集極，使得反向偏置搜集結(jié)流過反向大電流。非平衡少子的分散運動是反向大電流。非平衡少子的分散運動是晶體三級管的任務(wù)根底。晶體三級管的任務(wù)根底。任務(wù)的根本條件：任務(wù)的根本條件：EB結(jié)正偏結(jié)正偏(forward bias)；CB結(jié)反偏結(jié)反偏(backward bias) 。VCCVBB VEEBJT的放大作用可表現(xiàn)為：用較小的基的放大作用可表現(xiàn)為：用較小的基極電流控制較

30、大的搜集極電流，或?qū)⑤^極電流控制較大的搜集極電流，或?qū)⑤^小的電壓按比例放大為較大的電壓。小的電壓按比例放大為較大的電壓。EB結(jié)加正結(jié)加正偏偏,分散運分散運動構(gòu)成動構(gòu)成IE。分散到基區(qū)的分散到基區(qū)的自在電子與穴自在電子與穴復(fù)合構(gòu)成復(fù)合構(gòu)成IB。CB結(jié)加反結(jié)加反偏偏,漂移運漂移運動構(gòu)成動構(gòu)成IC。輸出特性三個區(qū)域的特點輸出特性三個區(qū)域的特點:放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，搜集結(jié)反偏。放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，搜集結(jié)反偏。(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，搜集結(jié)正偏。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，搜集結(jié)正偏。(3) 截止區(qū)：截止區(qū)： 發(fā)射結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)反偏， 搜集結(jié)反偏。搜集結(jié)反偏。晶體管的電流增益放大系數(shù)晶體管的電流增益放大系數(shù)ecII00001cecIIIecii1bcII0bciiMOS場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管l 英文縮寫：英文縮寫：FET (field-effec-transistor)l 場效應(yīng)管是另一種具有正向受控作用的半導(dǎo)場效應(yīng)管是另一種具有正向受控作用的半導(dǎo)體器件，從制做工藝的結(jié)法上分為兩大類型：體器件，從制做工藝的結(jié)法上分為兩大類型：l 第一類：結(jié)型場效應(yīng)管第一類：結(jié)型場效應(yīng)管Junction F