第6章半導(dǎo)體基本知識(shí)講解

第6章半導(dǎo)體基本知識(shí)

6.1半導(dǎo)體及其特性

6.2本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體

6.3PN結(jié)6.1半導(dǎo)體及其特性自然界中的物質(zhì)，按照它們的導(dǎo)電能力可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三類。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體，如硅(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、砷化稼以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物等半導(dǎo)體的最大特點(diǎn)是其導(dǎo)電能力受溫度、光照、摻雜等影響很大。一般說來，半導(dǎo)體材料有三個(gè)特點(diǎn):(1)大部分半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度升高而增強(qiáng)。(2)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照強(qiáng)度的變化而變化。(3)如果在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的其他元素(通常稱作摻雜)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會(huì)隨著摻雜濃度的變化而發(fā)生顯著變化。返回6.2本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體6.2.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體就是完全純凈的具有品體結(jié)構(gòu)(即原子排列按一定規(guī)律排得非常整齊)的半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體材料有硅(Si)和鍺(Ge)，它們都是四價(jià)元素，即每個(gè)原子的最外層有四個(gè)價(jià)電子，其原子結(jié)構(gòu)如圖6一1所示。每相鄰原子之間都共有一對(duì)電子，使相鄰兩原子緊密地聯(lián)系在一起，形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，如圖6-2(a)所示。硅和鍺等半導(dǎo)體材料都是晶體結(jié)構(gòu)，因此，用半導(dǎo)體材料制成的二極管和三極管等又叫晶體管。下一頁返回6.2本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體在溫度接近絕對(duì)零度(-273℃)時(shí)，共價(jià)鍵中的價(jià)電子被束縛得很緊，本征半導(dǎo)體基本上沒有自由電子，不能導(dǎo)電，此時(shí)就是一個(gè)絕緣體。在室溫下，共價(jià)鍵中的價(jià)電子受熱的激勵(lì)，使少量價(jià)電子獲得足夠多的能量后擺脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，這時(shí)在原來的位置上留下一個(gè)空位，叫做空穴，如圖6-2(b)所示。自由電子帶負(fù)電，空穴因失去電子而帶正電。在本征半導(dǎo)體中，有了一個(gè)自由電子，就必然產(chǎn)生一個(gè)空穴，兩者的數(shù)量相等。電子和空穴不斷地產(chǎn)生，也不斷地復(fù)合，在一定的溫度下，半導(dǎo)體材料中保持一定數(shù)量的自由電子和空穴。上一頁下一頁返回6.2本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體6.2.2雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體載流子數(shù)目一般是很少的，還不能用它來制造半導(dǎo)器件。若在本征半導(dǎo)體內(nèi)摻入少量的雜質(zhì)元素，情況就大不一樣了。為了提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，可在本征半導(dǎo)體中摻入微量某種元素，被摻入的微量元素叫做半導(dǎo)體的雜質(zhì)，摻入雜質(zhì)后的半導(dǎo)體叫雜質(zhì)半導(dǎo)體,雜質(zhì)半導(dǎo)體有N型和P型兩類1.N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅(或鍺)的晶體中摻入微量的五價(jià)元素磷P(或砷As,銻Sb)，使某些位置的硅原子被磷原子代替。由于每個(gè)磷原子的最外層有五個(gè)電子，其中四個(gè)電子分別與鄰近的四個(gè)硅原子的電子相結(jié)合組成四對(duì)共有電子形成共價(jià)鍵以外，還多出一個(gè)受原子核束縛較弱的電子，而成為自由電子，如圖6-4所示上一頁下一頁返回6.2本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體可見，摻入磷原子的結(jié)果，使品體中自由電子大量增加，自由電子成為半導(dǎo)體導(dǎo)電的多數(shù)載流子，使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)，這種主要靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體2.P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅(或鍺)的晶體中摻入微量的三價(jià)元素硼B(yǎng)(或鋁Al,稼Ga,銦In)，由于硼原子的最外層只有三個(gè)電子，當(dāng)它與鄰近的四個(gè)硅原子相結(jié)合而形成共價(jià)鍵時(shí)，就自然提供了一個(gè)空穴，如圖6-5所示。在這種半導(dǎo)體中，由于摻入了微量雜質(zhì)元素硼，半導(dǎo)體中空穴的數(shù)目大大的增加，空穴數(shù)目的增加也同樣增加了電子和空穴的復(fù)合機(jī)會(huì)，使自由電子數(shù)目減少。因此，在半導(dǎo)體中，空穴數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子數(shù)目，空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。這類半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。上一頁返回6.3PN結(jié)6.3.1PN結(jié)的形成當(dāng)把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體用一定的工藝結(jié)合在一起時(shí)，在它們的交界面處形成一個(gè)帶電的空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)。下面講述PN結(jié)的形成過程。當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，由于交界面兩側(cè)載流子的濃度差別較大，故在交界面附近產(chǎn)生多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。由于N區(qū)中的電子濃度遠(yuǎn)大于P區(qū)中電子濃度，因此電子將從N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散;同樣，P區(qū)的空穴也將向N區(qū)擴(kuò)散，如圖6一6(a)所示

下一頁返回6.3PN結(jié)在擴(kuò)散之前，P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體都是電中性的，在交界面處沒有電場。擴(kuò)散開始后，在靠近交界面處，N區(qū)一邊由于跑掉了自由電子而剩下不可移動(dòng)的正離子層;P區(qū)一邊由于跑掉了空穴而剩下不可移動(dòng)的負(fù)離子層，結(jié)果形成一個(gè)空間電荷區(qū)。同時(shí)，正、負(fù)離子集中在交界面附近就會(huì)形成一個(gè)電場，稱為內(nèi)電場，其方向是由N區(qū)指向P區(qū)，如圖6一6(b)所示6.3.2PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?.正向?qū)ㄌ匦栽赑N結(jié)兩端加上不同極性的外加電壓時(shí)，PN結(jié)呈現(xiàn)不同的導(dǎo)電性。如果將PN結(jié)的P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，稱為給PN結(jié)加上正向電壓(或稱正向偏置)，如圖6一7所示。上一頁下一頁返回6.3PN結(jié)2.反向截止特性如果將PN結(jié)的N區(qū)接在電源的正極，P區(qū)接在電源的負(fù)極，稱為給PN結(jié)加上反向電壓或稱反向偏置)，如圖6一8所示。上一頁返回圖6一1硅、鍺原子結(jié)構(gòu)返回圖6一2硅單晶體的結(jié)構(gòu)返回圖6一2硅單晶體的結(jié)構(gòu)返回圖6一4硅晶體

中摻磷出現(xiàn)自由電子返回圖6一5硅

晶體摻硼出現(xiàn)空穴返回圖6一6PN結(jié)的形成返回圖6一6PN結(jié)的形成返回圖6一7PN結(jié)正向?qū)ǚ祷貓D6一8PN結(jié)反向截止返回1、字體安裝與設(shè)置如果您對(duì)PPT模板中的字體風(fēng)格不滿意，可進(jìn)行批量替換，一次性更改各頁面字體。在“開始”選項(xiàng)卡中，點(diǎn)擊“替換”按鈕右側(cè)箭頭，選擇“替換字體”。（如下圖）在圖“替換”下拉列表中選擇要更改字體。（如下圖）在“替換為”下拉列表中選擇替換字體。點(diǎn)擊“替換”按鈕，完成。192、替換模板中的圖片模板中的圖片展示頁面，您可以根據(jù)需要替換這些圖片，下面介紹兩種替