第1章 半導(dǎo)體器件的特性

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1、電子線路新疆大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院普通高等教育“九五”國家教委重點教材`課件制作及主講：目錄第一章半導(dǎo)體器件的特性第二章放大器基礎(chǔ)第三章集成運算放大器第四章反饋放大器第五章信號運算電路第六章波形發(fā)生器第七章功率電路第一章半導(dǎo)體器件的特性1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.2PN結(jié)1.3二極管1.4雙極性晶體管1.5場效應(yīng)管§1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征激發(fā)和復(fù)合雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體兩種導(dǎo)電機理漂移和漂移電流擴散和擴散電流半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。電阻率在（10-3—109）Ω.cm鍺原子與硅的原子結(jié)構(gòu)模型：+14+32（b）硅原子結(jié)構(gòu)(a)鍺原子結(jié)構(gòu)

2、§1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性鍺與硅都是單晶體。以硅原子結(jié)構(gòu)為例：+14+4（b）簡化模型（a）硅原子模型原子核價電子慣性核硅原子有14個電子，外層電子軌道有4個價電子。價電子數(shù)決定物質(zhì)的許多物理和化學(xué)性質(zhì)，因而，常將原子核和內(nèi)層電子看成一個整體，稱為慣性核，硅原子可簡化為慣性核和4個價電子。§1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性價電子為兩個原子所共有，形成共價健結(jié)構(gòu)。+4+4+4+4+4+4+4+4硅原子+4共價健硅單晶的共價健結(jié)構(gòu)圖本征半導(dǎo)體：硅和鍺的單晶體,即純凈的半導(dǎo)體稱為——本征半導(dǎo)體.共價健表示兩個共有電子所形成的束縛作用。硅片§1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性本征激發(fā)和復(fù)合本征激發(fā)：空穴+4+4+4+

3、4+4+4+4+4硅原子+4本征激發(fā)產(chǎn)生電子—空穴對自由電子當(dāng)溫度升高或受到光線照射時，某些共價鍵中的價電子從外界獲得足夠的能量，從而掙脫共價鍵的束縛，離開原子而成為自由電子，同時，在共價鍵中留這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。復(fù)合過程：在自由電子——空穴對產(chǎn)生過程中，還同時存在著復(fù)合過程，這就是自由電子在熱騷動過程中和空穴相遇而釋放能量，造成自由電子——空穴對消失的過程。下相同數(shù)量的空位?！?.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性鍺和硅共價鍵結(jié)構(gòu)示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4§1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性結(jié)果：空穴在晶格中移動示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4產(chǎn)生兩種載流子——自由電子和空穴?！?.1半導(dǎo)體

4、的導(dǎo)電特性在本征半導(dǎo)體中，載流子總是不斷的產(chǎn)生，又總是不斷的復(fù)合，在一定溫度下，產(chǎn)生與復(fù)合最終達到動態(tài)平衡，使載流子濃度為定值。本征激發(fā)所產(chǎn)生的載流子的數(shù)量是有限的，形成電流不大。也就是說，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力差。但是，若在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價或三價元素，則導(dǎo)電性能將改變。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要因素。本征半導(dǎo)體中有兩種載流子，這也是導(dǎo)體和半導(dǎo)體導(dǎo)電不同之處。本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴的數(shù)量總是相等的?！?.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性二、雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中，摻入一定量的雜質(zhì)元素，就成為雜質(zhì)半導(dǎo)體。按摻入的雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體兩種。摻雜目的：是提高半

5、導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。摻雜原理：增加載流子濃度，（自由電子或空穴的濃度）摻雜方式：摻入少量的五價元素，可使自由電子濃度增加。摻入少量的三價元素，可使空穴濃度增加。N型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體是指在晶體中自由電子濃度遠大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體?！?.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性特點：與本征激發(fā)的載流子濃度相比N型半導(dǎo)體中自由電子濃度很大，而空穴因與自由電子相遇而復(fù)合的機會增大，空穴濃度反而更小。因此在N型半導(dǎo)體中將自由電子稱為多數(shù)載流子，簡稱為多子，空穴稱為少子，并將五價元數(shù)稱為施主雜質(zhì)。+4+4+4+5+4+5+4+4多余的自由電子硅中摻磷形成N型半導(dǎo)體示意圖§1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性+4+4+4+3+4+3+

6、4+4空穴硅中摻硼形成P型半導(dǎo)體示意圖P型半導(dǎo)體特點：P型半導(dǎo)體是指在晶體中空穴濃度遠大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。與本征激發(fā)的載流子濃度相比P型半導(dǎo)體中空穴濃度很大，而自由電子與空穴相遇而復(fù)合的機會增大，自由電子濃度反而更小。因此在P型半導(dǎo)體中將空穴稱為多數(shù)載流子，簡稱多子，自由電子稱為少子，并將三價元數(shù)稱為受主雜質(zhì)?！?.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性三、兩種導(dǎo)電機理——漂移和擴散導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子參與導(dǎo)電，它是在電場作用下產(chǎn)生定向的漂移運動，形成漂移電流。1、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的導(dǎo)電區(qū)別：半導(dǎo)體中有自由電子和空穴二種載流子，它們除了在電場作用下形成漂移電流外，還會在濃度差的作用下產(chǎn)生定向

7、的擴散運動，形成相應(yīng)的擴散電流。2、漂移與漂移電流：S外加電場作用下——載流子定向漂移運動——漂移電流。自由電子產(chǎn)生逆電場方向的運動?？昭óa(chǎn)生順電場方向的運動；§1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性例如一塊處于熱平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體中，均勻分布的自由電子和空穴不會因隨機運動而造成電荷的定向流動。N型硅半導(dǎo)體均勻光照擴散：與由熱騷動造成的隨機運動相關(guān)。3、擴散與擴散電流：§1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性虛線為半導(dǎo)體中任一假想面，兩側(cè)存在濃度差，因而造成載流子沿X方向的凈流