電子線路課件 優(yōu)質(zhì)文檔 新 參賽.ppt

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1、參賽優(yōu)質(zhì)課件主講：****第一章晶體二極管晶體二極管結(jié)構(gòu)示意圖典型的封裝形式1.1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體：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，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。半導(dǎo)體的特點(diǎn)：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。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。半導(dǎo)體的電阻率為10-3～10-9?*cm。1.1.1本征半導(dǎo)體對(duì)于半導(dǎo)體中常用的硅和鍺，它們?cè)拥淖钔鈱与娮佣际?個(gè)，即有4個(gè)價(jià)電子。一、本征半導(dǎo)體硅或鍺晶體的四個(gè)價(jià)電子分別與周圍的四

2、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。如圖所示：它們稱為單晶，是制造半導(dǎo)體的基本材料。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”。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。二、本征激發(fā)和復(fù)合當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K時(shí)，導(dǎo)體中沒有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)（也稱熱激發(fā)）。自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，

3、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。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)。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復(fù)合，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理自由電子的定向運(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。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：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。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

4、。三、熱平衡載流子濃度溫度一定時(shí)，半導(dǎo)體中的本征激發(fā)和復(fù)合會(huì)在某一平衡載流子濃度值上達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)熱平衡載流子濃度為:1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。成為雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體：摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)，可使晶體自由電子濃度大大增加，也稱為（電子型半導(dǎo)體）。P型半導(dǎo)體：摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)，可使晶體空穴濃度大大增加，也稱為（空穴型半導(dǎo)體）。一、N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵

5、，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為施主原子。+4+4+5+4+4+4+5+4+4+4+5+4多余電子磷原子N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度大大增加，而空穴濃度由于和自由電子復(fù)合機(jī)會(huì)變大，濃度反而變小。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電

6、子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。P型半導(dǎo)體中的空穴濃度大大增加，而自由電子濃度由于和空穴復(fù)合機(jī)會(huì)變大，濃度反而變小。P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。三、多子和少子熱平衡濃度不論P(yáng)型或N型半導(dǎo)體，摻雜越多，多子數(shù)目就越多，少子數(shù)目就越少。I.當(dāng)溫度一定時(shí)，兩種載流子的熱平衡濃度值的乘積恒等于本征載流子濃度值ni的平方II.半導(dǎo)體同時(shí)又處于電中性狀態(tài)。n0，p0分別為自由電子和空穴的濃度；Nd為施主雜質(zhì)濃度N型半導(dǎo)體:N型半

7、導(dǎo)體:與溫度T無關(guān)與溫度T有關(guān)T升高,ni升高,p0升高,當(dāng)p0≈n0時(shí),雜質(zhì)半導(dǎo)體變?yōu)轭愃频谋菊靼雽?dǎo)體.P型半導(dǎo)體具有相似的性質(zhì).少子濃度的溫度敏感性是導(dǎo)致半導(dǎo)體器件溫度特性差的主要原因.1.1.3兩種導(dǎo)電機(jī)理—漂移和擴(kuò)散一、漂移和漂移電流在外電場(chǎng)作用下，載流子將產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，其中自由電子逆電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，空穴順電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)。載流子的這種定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)，由它產(chǎn)生的電流稱為漂移電流。遷移率：?jiǎn)挝粓?chǎng)強(qiáng)下的平均漂移速度，與溫度、摻雜濃度等有關(guān)。二、擴(kuò)散和擴(kuò)散電流如圖所示，半導(dǎo)體中任一假想面兩側(cè)存在濃度差，則從濃度大的一面流向濃度小的一面的載流子將多于從濃度

8、小的一面流向濃度大的一面的載流子，從而造成載流子沿x方向的凈流動(dòng)。這種由濃度差而引起的載流子的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，并形成相應(yīng)