半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(PN結(jié)).

1、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 講師：關(guān)海艷講師：關(guān)海艷 2016.8內(nèi)容提要內(nèi)容提要1.1 什么是半導(dǎo)體什么是半導(dǎo)體1.2 本征本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體1.4 PN結(jié)結(jié)1.5 PN結(jié)的整流特性結(jié)的整流特性1.1.什么是半導(dǎo)體什么是半導(dǎo)體半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體導(dǎo)體與與絕緣體絕緣體之間的材料，之間的材料，常見的半導(dǎo)體材料有常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵硅、鍺、砷化鎵等。硅鍺最為常用。等。硅鍺最為常用。硅鍺的原子結(jié)構(gòu)示意圖硅鍺的原子結(jié)構(gòu)示意圖硅鍺原子的硅鍺原子的簡化模型簡化模型1.21.2本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：完全不含雜質(zhì)且無晶格缺陷

2、的純凈半本征半導(dǎo)體：完全不含雜質(zhì)且無晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體。導(dǎo)體。特點：電阻率大、導(dǎo)電性隨特點：電阻率大、導(dǎo)電性隨T T變化大，不能直接使用變化大，不能直接使用電子電子空位空位1.21.2本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體加熱加熱光照光照電子電子空穴空穴載流子（運載電荷的粒子）載流子（運載電荷的粒子）本征激發(fā)本征激發(fā)總結(jié)：電子和空穴成對出現(xiàn)總結(jié)：電子和空穴成對出現(xiàn) 相遇復(fù)合成對消失相遇復(fù)合成對消失 當當T T一定時一定時n np p=n=nn n半導(dǎo)體和金屬導(dǎo)電的本質(zhì)區(qū)別半導(dǎo)體和金屬導(dǎo)電的本質(zhì)區(qū)別1.31.3雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在在本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體硅或鍺中硅或鍺中摻入微量摻入微量的其它適當?shù)钠渌m當元素元

3、素后形成后形成的半導(dǎo)體的半導(dǎo)體根據(jù)摻雜的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體根據(jù)摻雜的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為可以分為N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(1) N(1) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)元素如（磷、砷）的雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)元素如（磷、砷）的雜質(zhì)半導(dǎo)體多出一多出一個電子個電子出現(xiàn)一個出現(xiàn)一個正離子正離子半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的自由電子自由電子和和正離子正離子 小小 結(jié)結(jié)a.Na.N型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價雜質(zhì)元素形成型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價雜質(zhì)元素形成的。的。b.b.N N型半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的（自由）電子和正離子。型半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的（自由）電子和

4、正離子。c.c.電子是多數(shù)載流子，簡稱多子；空穴是少數(shù)載流子，簡稱電子是多數(shù)載流子，簡稱多子；空穴是少數(shù)載流子，簡稱少子。少子。d.d.因電子帶負電，稱這種半導(dǎo)體為因電子帶負電，稱這種半導(dǎo)體為N N（negativenegative）型半導(dǎo)體。）型半導(dǎo)體。e.e.因摻入的雜質(zhì)給出電子，又稱之為施主雜質(zhì)。因摻入的雜質(zhì)給出電子，又稱之為施主雜質(zhì)。負離子負離子空穴空穴（2 2）P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的空穴空穴和和負離子負離子 小小 結(jié)結(jié)a.a.P P型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量的三價雜型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量的三價雜質(zhì)元素形成的。質(zhì)元素形成的。b.Pb.

5、P型半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的空穴和負離子。型半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的空穴和負離子。c.c.空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。d.d.因空穴帶正電，稱這種半導(dǎo)體為因空穴帶正電，稱這種半導(dǎo)體為P P（positivepositive）型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。e.e.因摻入的雜質(zhì)接受電子，又稱之為受主雜質(zhì)。因摻入的雜質(zhì)接受電子，又稱之為受主雜質(zhì)。 小小 結(jié)結(jié)f f. .對于雜質(zhì)半導(dǎo)體，多子的濃度越高，少子的濃度對于雜質(zhì)半導(dǎo)體，多子的濃度越高，少子的濃度就越低。就越低。多子的濃度多子的濃度等于所等于所摻雜質(zhì)原子的濃度摻雜質(zhì)原子的濃度，其，其所受溫度影響小；少子是本征激發(fā)產(chǎn)生的，盡

6、管其所受溫度影響小；少子是本征激發(fā)產(chǎn)生的，盡管其濃度低，但對溫度非常敏感，這將影響半導(dǎo)體器件濃度低，但對溫度非常敏感，這將影響半導(dǎo)體器件的性能。的性能。雜質(zhì)半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)型雜質(zhì)半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)型當摻入三價元素的密度大于五價元素的密度時，可當摻入三價元素的密度大于五價元素的密度時，可將將N N型轉(zhuǎn)為型轉(zhuǎn)為P P型型當摻入五價元素的密度大于三價元素的密度時，可當摻入五價元素的密度大于三價元素的密度時，可將將P P型轉(zhuǎn)為型轉(zhuǎn)為N N型型1.4 PN1.4 PN結(jié)的形成結(jié)的形成先以先以N N型半導(dǎo)體為基片，通過半導(dǎo)體擴散工藝，使型半導(dǎo)體為基片，通過半導(dǎo)體擴散工藝，使半導(dǎo)體一邊形成半導(dǎo)體一邊形成N N型區(qū)，一邊形

7、成型區(qū)，一邊形成P P型區(qū)型區(qū)在濃度差的作用下電子由在濃度差的作用下電子由N N區(qū)向區(qū)向P P區(qū)區(qū)擴散（擴散（先在交界面進先在交界面進行行）在濃度差的作用下空穴由在濃度差的作用下空穴由P P區(qū)向區(qū)向N N區(qū)擴散區(qū)擴散在濃度差的作用下，兩邊多子相互擴散，在在濃度差的作用下，兩邊多子相互擴散，在P P區(qū)和區(qū)和N N區(qū)交界面上，留下了一層不能移動的正、區(qū)交界面上，留下了一層不能移動的正、負離子。負離子?？臻g電荷區(qū)空間電荷區(qū)既既PNPN結(jié)結(jié)形成內(nèi)電場形成內(nèi)電場內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向PNPN結(jié)阻礙多子擴散，加速少子漂移結(jié)阻礙多子擴散，加速少子漂移當擴散和漂移作用平衡時當擴散和漂移作用平衡時a.a.流過流過

8、PNPN結(jié)的凈電流為零結(jié)的凈電流為零b.PNb.PN結(jié)的厚度一定（約幾個微米）結(jié)的厚度一定（約幾個微米）c.c.接觸點位一定（約零點幾伏）接觸點位一定（約零點幾伏）1.5 PN1.5 PN結(jié)的整流特性結(jié)的整流特性1.PN1.PN結(jié)偏置結(jié)偏置PNPN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置當外加直流電壓使當外加直流電壓使PNPN結(jié)結(jié)P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體的一端的點位高于的一端的點位高于N N型半導(dǎo)體一端的點位時，稱型半導(dǎo)體一端的點位時，稱PNPN結(jié)結(jié)正向偏置，簡稱正偏。正向偏置，簡稱正偏。PNPN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置當外加直流電壓使當外加直流電壓使PNPN結(jié)結(jié)N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體的一端的點位高于的一端的點位高于P

9、 P型半導(dǎo)體一端的點位時，稱型半導(dǎo)體一端的點位時，稱PNPN結(jié)結(jié)反向偏置，簡稱反偏。反向偏置，簡稱反偏。內(nèi)電場被內(nèi)電場被削弱削弱多子進行擴散多子進行擴散PNPN結(jié)呈現(xiàn)低阻、結(jié)呈現(xiàn)低阻、導(dǎo)通狀態(tài)導(dǎo)通狀態(tài)內(nèi)電場增強內(nèi)電場增強不利于多子進行擴不利于多子進行擴散有利少子漂移散有利少子漂移PNPN結(jié)呈現(xiàn)高阻，截止狀態(tài)結(jié)呈現(xiàn)高阻，截止狀態(tài)少子的濃度主要和溫度有關(guān)；少子的濃度主要和溫度有關(guān)；反向電流反向電流和和反向電壓反向電壓幾幾乎無關(guān)，此電流稱為乎無關(guān)，此電流稱為反向飽和電流反向飽和電流，記為，記為Is s。IsIsPNPN結(jié)的整流特性曲線結(jié)的整流特性曲線反反向向擊擊穿穿 小小 結(jié)結(jié)a.Na.N型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價雜質(zhì)元素形成型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價雜質(zhì)元素形成的。的。b.b.N N型半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的（自由）電子和正離子。型半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的（自由）電子和正離子。c.c.電子是多數(shù)載流子，簡稱多子；空穴是少數(shù)載流子，簡稱電子是多數(shù)載流子，簡稱多