半導(dǎo)體的基本知識(shí)課件

第二章半導(dǎo)體二極管及其基本電路2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)2.2PN結(jié)的形成及特性2.3半導(dǎo)體二極管2.4二極管基本電路及其分析方法2.5特殊二極管第二章半導(dǎo)體二極管及其基本電路2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)22.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)

自然界的物體根據(jù)其導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，可劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如硅、鍺、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)自然界的物體根據(jù)其導(dǎo)電能力(半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：

當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。

往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)本征半導(dǎo)體：完全純凈的(純度高達(dá)99.9999999%以上)、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特一、本征半導(dǎo)體1.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。一、本征半導(dǎo)體1.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi現(xiàn)代電子學(xué)中，共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子硅和鍺晶體模型1.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+41.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，常溫下2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)0度（T=0K）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。

常溫下或當(dāng)外界給半導(dǎo)體施加能量時(shí)，一些共價(jià)鍵中的電子會(huì)脫離共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，而在原來(lái)的位置上產(chǎn)生一個(gè)空穴(hole)。這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)0度（T=0K）和沒(méi)有外界激發(fā)+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。電子帶負(fù)電，空穴帶正電，半導(dǎo)體有自由電子和空穴兩種載流子。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，空兩種載流子——演示兩種載流子——演示溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：

1.自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。

2.空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫電子空穴對(duì)產(chǎn)生：由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的。復(fù)合：在運(yùn)動(dòng)中的自由電子如果“跳進(jìn)”空穴，重新被共價(jià)鍵束縛起來(lái)，電子和空穴成對(duì)消失，這個(gè)過(guò)程稱為復(fù)合本征半導(dǎo)體電子濃度ni

和空穴濃度pi

相等，且隨溫度的增高而增大。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理電子空穴對(duì)產(chǎn)生：由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素，如磷、砷等，就會(huì)構(gòu)成N型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體：在硅或鍺的晶體中摻入少量的三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等，就會(huì)構(gòu)成P型半導(dǎo)體。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為1.N型半導(dǎo)體

提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。在N型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子。

因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無(wú)共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。+4+4+5+4多余電子磷原子1.N型半導(dǎo)體提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原2.P型半導(dǎo)體

在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子；自由電子是少數(shù)載流子。

因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。

空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。+4+4+3+4空穴硼原子2.P型半導(dǎo)體在P型半導(dǎo)體中，空穴3.雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－三、兩種導(dǎo)電機(jī)理—漂移和擴(kuò)散漂移與漂移電流在外加電場(chǎng)的作用下，載流子產(chǎn)生的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。由它產(chǎn)生的電流稱為漂移電流。＋－VI電場(chǎng)E擴(kuò)散與擴(kuò)散電流載流子濃度分布的不均勻引起的定向運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。相應(yīng)產(chǎn)生的電流稱為擴(kuò)散電流。三、兩種導(dǎo)電機(jī)理—漂移和擴(kuò)散漂移與漂移電流＋－小結(jié)1.半導(dǎo)體是依靠自由電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的。2.摻入不同雜質(zhì)，形成N型和P型兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體：多子是自由電子，少子是空穴；

P型半導(dǎo)體：多子是空穴，少子是自由電子。3.半導(dǎo)體有兩種導(dǎo)電方式：電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的漂移電流；