《半導(dǎo)體PN結(jié)》PPT課件

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1、第一章半導(dǎo)體器件本章是本課程的基礎(chǔ)，應(yīng)著重掌握以下要點(diǎn)：（1）半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。（2）PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦裕?）三極管的結(jié)構(gòu)、類型及其電流放大原理（4）三極管的特性及其主要參數(shù)本章內(nèi)容：§1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)§1.2PN結(jié)§1.3半導(dǎo)體二極管§1.4半導(dǎo)體三極管11.1.1本征半導(dǎo)體1）導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(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。根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體?！?.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)2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

2、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。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Si、鍺Ge、砷化鎵GaAs以及一些硫化物、氧化物等。3本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個(gè)9”。2）本征半導(dǎo)體硅(鍺)的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型慣性核價(jià)電子(束縛電子)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)。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。4(1）本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和

3、鍺是四價(jià)元素，在原子最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子。它們分別與周圍的四個(gè)原子的價(jià)電子形成共價(jià)鍵。共價(jià)鍵中的價(jià)電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：5硅和鍺的共價(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6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。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。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+47（2）電子空穴對(duì)當(dāng)

4、溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有些獲得足夠的能量的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛，成為自由電子。自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為空穴。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。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。8+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子可見：因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱為電子空穴對(duì)。9游離的部分自由電子在運(yùn)

5、動(dòng)中也可能回到空穴中去。自由電子和空穴相遇重新結(jié)合成對(duì)消失的過(guò)程，稱為復(fù)合。這一現(xiàn)象稱為復(fù)合。本征激發(fā)和復(fù)合在一定溫度下會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。本征激發(fā)和復(fù)合的過(guò)程10(3)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。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。11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

6、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。自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成了電子電流，空穴的定向運(yùn)動(dòng)也可形成空穴電流，它們的方向相反?？昭ǖ倪\(yùn)動(dòng)=相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子反向依次填補(bǔ)空穴位來(lái)實(shí)現(xiàn)的12本征激發(fā)：在室溫或光照下價(jià)電子獲得足夠能量擺脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，并在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位（空穴）的過(guò)程。復(fù)合：自由電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇重新結(jié)合成對(duì)消失的過(guò)程。漂移：自由電子和空穴在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。兩種載流子電子（自由電子）空穴兩種載流子的運(yùn)動(dòng)自由電子（在共價(jià)鍵以外）的運(yùn)動(dòng)空穴（在共價(jià)鍵以內(nèi)）的運(yùn)動(dòng)結(jié)論:1.本征半導(dǎo)體的電子空穴成對(duì)出現(xiàn),且數(shù)量

7、少；2.半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；3.本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度有關(guān)。常溫下。電子-空穴對(duì)僅為三萬(wàn)億分子一?？偨Y(jié)131.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1）本征半導(dǎo)體缺點(diǎn)？(1)電子濃度=空穴濃度；(2)載流子少，導(dǎo)電性差，溫度穩(wěn)定性差！在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體2）雜質(zhì)半導(dǎo)體14(1）N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，即可形成N型半導(dǎo)體,也稱電子型半

8、導(dǎo)體。因五