模擬電子技術(shù)模電課件第4講

1、半導(dǎo)體技術(shù)基礎(chǔ)1、半導(dǎo)體的基本知識本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)2 、 PN結(jié)的形成及特性PN結(jié)的形成過程PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)的電容效應(yīng)1半導(dǎo)體的基本知識本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體電子、空穴多數(shù)載流子、少數(shù)載流子半導(dǎo)體材料根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體：硅Si、鍺Ge、砷化鎵GaAs半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體及其特征本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)?？昭ü矁r鍵中的空位。電子空穴對由熱激發(fā)而產(chǎn)生的電子和空穴對。空穴的移動空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電

2、子依次充填空穴來實現(xiàn)的。由于隨機熱振動致使共價鍵被打破而產(chǎn)生空穴電子對雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：摻入某些微量元素作為雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。N型半導(dǎo)體：摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體：摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體特性：因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成電子。在N型半導(dǎo)體中電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。提供電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體特性：因三價雜質(zhì)原子在與硅原子

3、形成共價鍵 時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。2PN結(jié)的形成及特性載流子的漂移與擴散PN結(jié)的形成PN結(jié)的單向?qū)щ娦宰栊孕?yīng)PN結(jié)的反向擊穿PN結(jié)的電容效應(yīng)高頻特性載流子的漂移與擴散漂移運動：在電場作用引起的載流子的運動。擴散運動：由載流子濃度差引起的載流子的運動。載流子的擴散促成了PN結(jié)的形成正離 子區(qū)PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。于是，在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物

4、理過程:因濃度差多子的擴散運動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場內(nèi)電場 多子擴散內(nèi)電場促使少子漂移最后，多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡，從而形成空間電荷區(qū)。PN結(jié)的定義PN結(jié)：在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的結(jié)合面，由離子薄層形成的空間電荷區(qū)。也稱耗盡層：在空間電荷區(qū)，由于缺少多子。PN結(jié)加正向電壓時的單向?qū)щ娦詫?dǎo)電PN結(jié)正偏時的特征低電阻具有大的正向擴散電流PN結(jié)正偏（加正向電壓）：當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位PN結(jié)加反向電壓時的單向?qū)щ娦圆粚?dǎo)電PN結(jié)反偏時的特征高電阻具有小的反向擴散電流在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。PN結(jié)V-I 特性的數(shù)學(xué)模型 iD IS (e DT 1)v/V其中IS 反向飽和電流VT 溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（T=300K）PN結(jié)的伏安特性V kT 26mVTqPN結(jié)的反向擊穿PN結(jié)的反向擊穿：當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時（載流子快速增加或破壞了共價鍵的結(jié)構(gòu)），反向電流突然快速增加。雪崩擊穿電擊穿