上課模電課件1-6章第11.半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

第一章常用半導(dǎo)體器件§1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)§1.2半導(dǎo)體二極管§1.3雙極型晶體管§1.4場(chǎng)效應(yīng)管1.熟悉P型、N型半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)及特性；2.掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?.P型、N型半導(dǎo)體的形成和電結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；

2.PN結(jié)的正向和反向?qū)щ娞匦浴！?.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)重點(diǎn)：§1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

一、本征半導(dǎo)體1、半導(dǎo)體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是四價(jià)元素。硅原子鍺原子下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄

硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子。晶體結(jié)構(gòu)是指晶體的周期性結(jié)構(gòu)。即晶體以其內(nèi)部原子、離子、分子在空間作三維周期性的規(guī)則排列為其最基本的結(jié)構(gòu)特征空穴自由電子2、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)+4+4+4+4+4+4+4+4+4（1）共價(jià)鍵：相鄰兩個(gè)原子共用一對(duì)最外層電子（價(jià)電子）的組合稱為共價(jià)鍵。（2）束縛電子：共價(jià)鍵中的價(jià)電子受共價(jià)鍵的束縛。（3）自由電子：共價(jià)鍵中的電子獲得一定能量（熱能）后，掙脫共價(jià)鍵的束縛（本征激發(fā)），形成自由電子。（4）空穴：電子掙脫共價(jià)鍵的束縛形成自由電子后，共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴?？昭◣д?。下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄共價(jià)鍵束縛電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子運(yùn)動(dòng)方向與空穴運(yùn)動(dòng)方向相反。3、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子自由電子載流子空穴載流子：能夠自由移動(dòng)的帶電粒子。4、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度

本征激發(fā)：半導(dǎo)體在受熱或光照下產(chǎn)生“電子空穴對(duì)”的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。

復(fù)合：自由電子填補(bǔ)空穴，使兩者消失的現(xiàn)象稱為復(fù)合。

動(dòng)態(tài)平衡：在一定溫度下，本征激發(fā)產(chǎn)生的“電子空穴對(duì)”，與復(fù)合的“電子空穴對(duì)”數(shù)目相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在一定溫度下，載流子的濃度一定。下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄+4+4+4+4+4+4+4+4+4下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄本征半導(dǎo)體載流子濃度為：

T=300K時(shí)，本征半導(dǎo)體中載流子的濃度比較低，導(dǎo)電能力差。Si：1.43×1010cm-3

Ge：2.38×1013cm-3

T：熱力學(xué)溫度；k：玻耳茲曼常數(shù)（8.63×10-5eV/K）；K1：與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量、有效能級(jí)密度有關(guān)的常量。（Si：3.87×1016cm-3·K-3/2

，

Ge：1.76×1016cm-3·K-3/2

）；EGO：熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量，又稱禁帶寬度（Si：1.21eV，Ge：0.785eV）；自由電子施主離子電子空穴對(duì)自由電子二、雜質(zhì)半導(dǎo)體1、N型半導(dǎo)體下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄

摻入微量雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)。按摻入雜質(zhì)元素不同，可形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。在本征半導(dǎo)體中摻入微量五價(jià)元素。++++++++++++N型半導(dǎo)體硅原子多余電子磷原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子---自由電子少數(shù)載流子--空穴

受主離子電子空穴對(duì)空穴2、P型半導(dǎo)體下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄在本征半導(dǎo)體中摻入微量三價(jià)元素。－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體硅原子空位硼原子多數(shù)載流子--空穴少數(shù)載流子—自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+3空穴1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。3.當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是

，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba三、PN結(jié)1、PN結(jié)的形成下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄形成過(guò)程：P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)建立阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)促使漂移運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡形成空間電荷區(qū)PN結(jié)形成多子濃度差空間電荷區(qū)耗盡層N區(qū)P區(qū)內(nèi)電場(chǎng)－－－－－－－－－－－－++++++++++++自由電子空穴2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)上加正向電壓下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄空間電荷區(qū)N區(qū)P區(qū)－－－－－－－－－－－－++++++++++++內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)①外電場(chǎng)將載流子推入空間電荷區(qū)，抵消一部分空間電荷，使空間電荷區(qū)變窄，削弱內(nèi)電場(chǎng)；②擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)減弱，平衡被打破，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)；③在電源的作用下，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)不斷進(jìn)行，形成正向電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。I（2）PN結(jié)上加反向電壓下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄空間電荷區(qū)N區(qū)P區(qū)－－－－－－－－－－－－++++++++++++內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)①外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)；②擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)減弱，漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，平衡被打破，漂移運(yùn)動(dòng)大于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；③漂移運(yùn)動(dòng)是少子的運(yùn)動(dòng)，少子濃度小，形成反向電流很小，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。IS（3）PN結(jié)單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的電流方程下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄PN結(jié)加正向電壓，結(jié)電阻很小，正向電流較大，處于導(dǎo)通狀態(tài)；PN結(jié)加反向電壓，結(jié)電阻很大，反向電流很小，處于截止?fàn)顟B(tài)；其中：IS：反向飽和電流；q：電子電量；

k：玻耳茲曼常數(shù)；T：熱力學(xué)溫度.令：則：4、PN結(jié)的伏安特性下一頁(yè)上一頁(yè)章目錄uiOU(BR)（1）正向特性（2）反向特性當(dāng)u>>UT時(shí)，當(dāng)a、b、當(dāng)反向電壓超過(guò)一定數(shù)值U(BR)