模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第2講 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

第二講半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)一、本征半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦砸?、本征半?dǎo)體導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱(chēng)為半導(dǎo)體。無(wú)雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體是純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。1、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？

導(dǎo)體－－鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場(chǎng)作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。絕緣體－－惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度時(shí)才可能導(dǎo)電。

半導(dǎo)體－－硅（Si）、鍺（Ge），均為四價(jià)元素，它們?cè)拥淖钔鈱与娮邮茉雍说氖`力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。1、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，稱(chēng)為空穴。半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)的現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)。共價(jià)鍵自由電子與空穴相遇時(shí)會(huì)主動(dòng)填補(bǔ)空穴，使兩者同時(shí)消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)合。載流子

外加電場(chǎng)時(shí)，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)動(dòng)方向相反分別形成電子電流和空穴電流。本征半導(dǎo)體中的電流為電子電流和空穴電流之和。并且載流子數(shù)目很少，故導(dǎo)電性很差。

2、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子及載流子濃度運(yùn)載電荷的粒子稱(chēng)為載流子。一定溫度下，自由電子—空穴對(duì)的濃度一定（本征激發(fā)與復(fù)合運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡）；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子—空穴對(duì)的濃度增大。了解以下名詞：共用電子與共價(jià)鍵自由電子與空穴本征激發(fā)與復(fù)合熱運(yùn)動(dòng)與動(dòng)態(tài)平衡載流子

導(dǎo)體和半導(dǎo)體中的載流子是否相同？為什么？影響本征半導(dǎo)體中載流子濃度的主要因素是什么？

結(jié)論：本征半導(dǎo)體在不同的溫度下，自由電子和空穴的濃度不同，所以導(dǎo)電性能也不同，當(dāng)絕對(duì)溫度等于0度時(shí)，為絕緣體。就本征半導(dǎo)體和自然界半導(dǎo)體相比，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性要弱。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體中摻入少量合適的雜質(zhì)元素磷（P）

雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)人為的導(dǎo)電性可控。多數(shù)載流子空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？1.N型半導(dǎo)體2.P型半導(dǎo)體硼（B）多數(shù)載流子

P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，

在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多子數(shù)目的變化相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？雜質(zhì)半導(dǎo)體中，影響載流子濃度的主要因素是什么？影響多子濃度的因素和影響少子濃度的主要因素是否相同？為什么？

結(jié)論：1、N型半導(dǎo)體自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子；主要靠自由電子導(dǎo)電，摻入P元素越多，導(dǎo)電性越強(qiáng)。2、P型半導(dǎo)體自由電子為少數(shù)載流子，空穴為多數(shù)載流子；主要靠空穴導(dǎo)電，摻入B元素越多，導(dǎo)電性越強(qiáng)。三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?/p>

物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)N區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高于P區(qū)。當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上時(shí)，交界面處會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)不可移動(dòng)的正負(fù)離子區(qū)，從而產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行。（內(nèi)電場(chǎng)方向？）P區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高于N區(qū)。PN結(jié)的形成

因內(nèi)電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，交界面處就形成了PN結(jié)。漂移運(yùn)動(dòng)

由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使P區(qū)與N區(qū)的交界面處多數(shù)載流子濃度下降，形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從N區(qū)向P區(qū)、自由電子從P區(qū)向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，由于外電場(chǎng)的作用，形成正向電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)加反向電壓截止：耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)的電流方程和伏安特性

a、正向特性

b、反向特性（當(dāng)反向電壓超過(guò)反向擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加，稱(chēng)為反向擊穿）1）齊納擊穿：摻雜濃度高，需較低的反向電壓，直接破壞共價(jià)鍵2）雪崩擊穿：摻雜濃度低，需較高的反向電壓，少子碰撞共價(jià)鍵

1、電流方程：2、伏安特性：PN結(jié)的電容效應(yīng)1.勢(shì)壘電容

PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過(guò)程，與電容的充放電相同，其等效電容稱(chēng)為勢(shì)壘電容Cb。2.擴(kuò)散電容

PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散過(guò)程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的