半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)76654課件

１.１半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

１、半導(dǎo)體的知識(shí)；２、摻質(zhì)半導(dǎo)體；３、ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娦?；４、ＰＮ結(jié)的伏安特性。

重點(diǎn)：一、知識(shí)回顧１、信號(hào)２、電信號(hào)３、電子信息系統(tǒng)４、Multisim10軟件介紹

１.１半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

（一）、半導(dǎo)體（二）、摻雜半導(dǎo)體

（三）、ＰＮ結(jié)

１、物質(zhì)的分類(lèi)導(dǎo)體：導(dǎo)電性能很強(qiáng)，電阻率很小。如：硅、鍺及一些金屬氧化物。半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的那些物質(zhì)。如：惰性氣體、氦、氖等高分子物質(zhì)：橡膠、塑料、玻璃等；陶瓷、云母等。絕緣體：即使外加很高的電壓，也幾乎沒(méi)有電流通過(guò)。（按導(dǎo)電性能）如：鐵、鋁、銅、銀、金等。２、半導(dǎo)體的獨(dú)特性能(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅(Si)、和鍺(Ge)

，和砷化鎵(GaAs)等，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。3、本征半導(dǎo)體硅原子結(jié)構(gòu)示意圖鍺原子圖1–1硅和鍺簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型圖1–2本征半導(dǎo)體共價(jià)鍵晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價(jià)鍵中的價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)而獲得一定的能量,其中少數(shù)能夠擺脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子,同時(shí)必然在共價(jià)鍵中留下空位,稱(chēng)為空穴?？昭◣д?如圖1-３所示。圖1–3本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴動(dòng)畫(huà)完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱(chēng)為價(jià)電子。

Si

Si

Si

Si價(jià)電子１、N型半導(dǎo)體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱(chēng)為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。

在N

型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。動(dòng)畫(huà)N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子+N型硅表示SiPSiSi圖1-4N型半導(dǎo)體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中,摻入微量５價(jià)元素,如磷、砷、銻等,則原來(lái)晶格中的某些硅(鍺)原子被雜質(zhì)原子代替?？昭≒型半導(dǎo)體硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴被認(rèn)為帶一個(gè)單位的正電荷，并且可以移動(dòng)P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中,摻入微量３價(jià)元素,如硼、鎵、銦等,則原來(lái)晶格中的某些硅(鍺)原子被雜質(zhì)原子代替。圖1–5P型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)（三）、ＰＮ結(jié)

１、ＰＮ結(jié)的形成；５、ＰＮ結(jié)的電容效應(yīng)；２、ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娦?；３、ＰＮ結(jié)的電流方程４、ＰＮ結(jié)的伏安特性２、ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄

P接正、N接負(fù)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)PN結(jié)變寬PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IR

P接負(fù)、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。–+

PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)３、ＰＮ結(jié)的電流方程常溫下，即Ｔ=300Ｋ時(shí)，ＵＴ≈26mＶ。５、ＰＮ結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)的結(jié)電容Ｃj=Ｃb+Ｃd

勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢(shì)壘電容的示意圖如下圖。(1)勢(shì)壘電容CB勢(shì)壘電容示意圖(2)擴(kuò)散電容CD

擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。

擴(kuò)散電容示意圖反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類(lèi)似的濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容的示