2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體的特性

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體稱半導(dǎo)體。如：硅（Si）、鍺（Ge）、硒（Se）以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物特性1.溫度導(dǎo)電能力可做成各種熱敏元件2.受光照導(dǎo)電能力可做成各種光電器件3.摻入微量雜質(zhì)導(dǎo)電能力（幾十萬~幾百萬倍）可制做半導(dǎo)體器件。如半導(dǎo)體二極管、三極管、場效應(yīng)及晶閘管等。半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識內(nèi)容提要

半導(dǎo)體器件是組成各種電子電路——包括模擬電路和數(shù)字電路，集成電路和分立元件電路的基礎(chǔ)。本章首先介紹半導(dǎo)體的特性，半導(dǎo)體中載流子的運(yùn)動，闡明PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕缓蠼榻B半導(dǎo)體二極管、穩(wěn)壓管、半導(dǎo)體三極管及場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。掌握器件要領(lǐng)10字令：功能、結(jié)構(gòu)、原理、曲線、參數(shù)一、本征半導(dǎo)體

純凈的半導(dǎo)體，單晶結(jié)構(gòu)，排列整齊稱為本征半導(dǎo)體。它是共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅原子價(jià)電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在常溫下自由電子和空穴的形成+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴復(fù)合成對出現(xiàn)成對消失自由電子和空穴稱為載流子載流子導(dǎo)電規(guī)律+4+4+4+4+4+4+4+4+4外電場方向空穴移動方向

電子移動方向

在外電場作用下，電子和空穴均能參與導(dǎo)電。這是半導(dǎo)體導(dǎo)電與導(dǎo)體導(dǎo)電最本質(zhì)的區(qū)別。價(jià)電子填補(bǔ)空穴二、雜質(zhì)半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+41、N型半導(dǎo)體磷原子多余價(jià)電子自由電子正離子

通過擴(kuò)散工藝，在本征半導(dǎo)體中摻入微量特定元素，便可形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。

在純凈的硅或鍺晶體中摻入微量五價(jià)元素（如磷）所形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱N型半導(dǎo)體+4+52、P型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4

在純凈的硅或鍺的晶體中摻入微量的三價(jià)元素（如硼）所形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱P型半導(dǎo)體。+4硼原子填補(bǔ)空位+4+3負(fù)離子P區(qū)N區(qū)1、PN結(jié)的形成——擴(kuò)散、漂移

采用不同的摻雜工藝，在同一塊半導(dǎo)體單晶上形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，在它們的交界面處就形成了一個(gè)PN結(jié)。N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散并與電子復(fù)合空間電荷區(qū)內(nèi)電場方向三、PN結(jié)漂移2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦詢?nèi)電場方向E外電場方向RIP區(qū)N區(qū)外電場驅(qū)使P區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷N區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分正空間電荷空間電荷區(qū)變窄

擴(kuò)散運(yùn)動增強(qiáng)，形成較大的正向電流，此時(shí)PN結(jié)導(dǎo)通（1）外加正向電壓（正向偏置）（2）外加反向電壓（反向偏置）P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場方向ER空間電荷區(qū)變寬外電場方向IR外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走少數(shù)載流子越過PN結(jié)形成很小的反向電流，此時(shí)PN結(jié)截止多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動難于進(jìn)行結(jié)論:1.當(dāng)PN結(jié)正向偏置時(shí)，IF較大，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；2.當(dāng)PN