1-1-1 半導(dǎo)體基本知識

第一章1-1半導(dǎo)體的特性與測試1-2三極管的特性與測試1-3場效應(yīng)管的特性與測試1-4其他常用半導(dǎo)體器件與測試常用半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)知識

由于半導(dǎo)體器件具有體積小、重量輕、壽命長、輸入功率小和轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，因而在電子技術(shù)中應(yīng)用很廣。半導(dǎo)體二極管是最簡單的電子器件，它具有單相導(dǎo)電的特性，本章主要介紹PN結(jié)、二極管及二極管電路分析。1-1-1半導(dǎo)體的基本知識本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體PN結(jié)及單相導(dǎo)電性掌握：自然界所有物質(zhì)按導(dǎo)電性能分：

導(dǎo)體——容易導(dǎo)電的物質(zhì)(ρ?10Ω/m)

絕緣體——(ρ?Ω

/m)幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)半導(dǎo)體——導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)(ρ?10-Ω/m)(R=ρ.L/S)

最常用的半導(dǎo)體材料有硅（Si),鍺（Ge）砷化鎵（GaAs)等。其中硅、鍺半導(dǎo)體都是單晶體，所以又把半導(dǎo)體管常稱為晶體管。

從家用電器最常用的石英鐘收錄機(jī)、電視機(jī)、到數(shù)控機(jī)床、計算機(jī)和機(jī)器人等都離不開半導(dǎo)體器件。一、本征半導(dǎo)體1.半導(dǎo)體的奇妙特性：c、摻雜性b、熱敏性a、光敏性2.本征半導(dǎo)體：完全純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體——其特性接近絕緣體。(ρ?10-Ω/m)

如前述，半導(dǎo)體具有熱敏、光敏、摻雜性，為什么具有那些奇妙特性呢？我們先了解半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。3.半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)

自然界所有的物質(zhì)都是由原子組成，原子又由帶正電的原子核和若干帶負(fù)電的電子組成。如硅、鍺材料，它們都是4價元素，（最外層電子稱價電子）SiGeSi(14):2、8、4Ge(32):2、8、18、4（1-1硅）（1-2鍺）硅、鍺的原子結(jié)構(gòu)：價電子（束縛電子）注意：Ge價電子離原子核比硅遠(yuǎn)得多，所以鍺比硅的溫度穩(wěn)定性差。如圖：（1-3）每個硅原子最外層都有4個價電子，硅原子除了吸住本身的價電子，還吸住相鄰的價電子，組成一對對的共價鍵。（即連接也）共價鍵—（1-3）相鄰原子共有價電子所形成的束縛。

此時，沒有自由電子，而形成一個個的晶格，稱本征半導(dǎo)體。（此時是不導(dǎo)電的絕緣體）本征激發(fā)：

在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。復(fù)合：自由電子和空穴在運(yùn)動中相遇重新結(jié)合成對消失的過程。電子運(yùn)動方向空穴運(yùn)動方向電視機(jī)兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運(yùn)動自由電子(在共價鍵以外)的運(yùn)動空穴(在共價鍵以內(nèi))的運(yùn)動二、雜質(zhì)半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體中由于載流子數(shù)量極少，導(dǎo)電能力很弱。如果有控制、有選擇地?fù)饺胛⒘康挠杏秒s質(zhì)（某種元素），將使其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)，成為具有特定導(dǎo)電性能的雜質(zhì)半導(dǎo)體。一、N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體N型(電子型）+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子載流子數(shù)

電子數(shù)P型（空穴型）+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—多子電子—少子載流子數(shù)

空穴數(shù)施主離子施主原子受主離子受主原子1、在硅或鍺的晶體中摻入五價元素（如磷）。2、在硅或鍺的晶體中摻入3價元素（如硼）。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用IIPINI=IP+INN型半導(dǎo)體I

INP型半導(dǎo)體

I

IP三、P型、N型半導(dǎo)體的簡化圖示負(fù)離子多數(shù)載流子

空穴少數(shù)載流子電子正離子多數(shù)載流子空穴少數(shù)載流子電子+–P型N型三、PN結(jié)1.PN結(jié)的形成2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成采用特定的制作工藝，在同一塊半導(dǎo)體基片的兩邊分別形成N型和P型半導(dǎo)體。（一）、載流子的濃度差引起多子的擴(kuò)散如圖：多子空穴多子電子（P型）（N型）擴(kuò)散運(yùn)動：由于濃度差引起多數(shù)載流子的運(yùn)動。(形成I擴(kuò)）漂移運(yùn)動：少數(shù)載流子在電場力作用下引起的運(yùn)動。（形成I漂）內(nèi)電場（二）復(fù)合使交界面形成空間電荷區(qū)（耗盡層）空間電荷區(qū)特點(diǎn):

1.無載流子、2.阻止擴(kuò)散進(jìn)行、3.利于少子的漂移。（三）、擴(kuò)散和漂移達(dá)到動態(tài)平衡擴(kuò)散電流等于漂移電流,I擴(kuò)=I漂，由于擴(kuò)散電流與漂移電流方向相反，所以凈電流I=0，達(dá)動態(tài)平衡。此時空間電荷區(qū)的寬度一定，內(nèi)電場一定，形成的所謂的PN結(jié)?？臻g電荷區(qū)又稱為阻擋層、耗盡層。2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕ㄒ唬?、加正向電?稱正向偏置)導(dǎo)通P+N-P區(qū)N區(qū)+

UR外電場內(nèi)電場內(nèi)外電場互相抵消，使阻擋層變薄，擴(kuò)散運(yùn)動加強(qiáng)，形成正向電流I正。+

URP區(qū)

N區(qū)I

正

I多子I正I正即PN結(jié)正偏處己導(dǎo)通狀態(tài)。P

區(qū)N

區(qū)（一）、加反向電壓(稱反向偏置)截止N+P-P

區(qū)N

區(qū)內(nèi)電場外電場

+UR

+UR內(nèi)外電場互相加強(qiáng)，使阻擋層變厚，漂移運(yùn)動加強(qiáng)，形成反向電流I反。I反

=I少子

0I反即PN結(jié)反偏處截止?fàn)顟B(tài)。結(jié)論:1.本征半導(dǎo)體中電子空穴成對出現(xiàn),且數(shù)量少；2.半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；并注意