常用半導(dǎo)體器件 ppt課件.ppt

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1、模擬電子技術(shù)第1章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管1.3半導(dǎo)體三極管1.4場(chǎng)效應(yīng)管1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)自然界中的物質(zhì)，按其導(dǎo)電能力可分為三大類：導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。半導(dǎo)體的特點(diǎn)：①熱敏性②光敏性③摻雜性1.1.1本征半導(dǎo)體完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體材料稱為本征半導(dǎo)體。1.本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)及共價(jià)鍵共價(jià)鍵內(nèi)的兩個(gè)電子由相鄰的原子各用一個(gè)價(jià)電子組成，稱為束縛電子。圖1.1所示為硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。圖1.1硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)2.本征激發(fā)和兩種載流子——自由電子和空穴溫度越高，半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生的自由電子便越多。束縛電子脫離

2、共價(jià)鍵成為自由電子后，在原來的位置留有一個(gè)空位，稱此空位為空穴。本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)目相同。圖1.2所示為本征激發(fā)所產(chǎn)生的電子空穴對(duì)。圖1.2本征激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)如圖1.3所示，空穴（如圖中位置1）出現(xiàn)以后，鄰近的束縛電子（如圖中位置2）可能獲取足夠的能量來填補(bǔ)這個(gè)空穴，而在這個(gè)束縛電子的位置又出現(xiàn)一個(gè)新的空位，另一個(gè)束縛電子（如圖中位置3）又會(huì)填補(bǔ)這個(gè)新的空位，這樣就形成束縛電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)。為了區(qū)別自由電子的運(yùn)動(dòng)，稱此束縛電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)為空穴運(yùn)動(dòng)。圖1.3束縛電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)3.結(jié)論（1）半導(dǎo)體中存在兩種載流子，一種是帶負(fù)電的

3、自由電子，另一種是帶正電的空穴，它們都可以運(yùn)載電荷形成電流。（2）本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴相伴產(chǎn)生，數(shù)目相同。（3）一定溫度下，本征半導(dǎo)體中電子空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合相對(duì)平衡，電子空穴對(duì)的數(shù)目相對(duì)穩(wěn)定。（4）溫度升高，激發(fā)的電子空穴對(duì)數(shù)目增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增強(qiáng)。空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體導(dǎo)電區(qū)別導(dǎo)體導(dǎo)電的一個(gè)主要特征。1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中加入微量雜質(zhì)，可使其導(dǎo)電性能顯著改變。根據(jù)摻入雜質(zhì)的性質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為兩類：電子型（N型）半導(dǎo)體和空穴型（P型）半導(dǎo)體。1.N型半導(dǎo)體在硅（或鍺）半導(dǎo)體晶體中，摻入微量的五價(jià)元素，如磷（P）、砷（As）等，則構(gòu)

4、成N型半導(dǎo)體。五價(jià)的元素具有五個(gè)價(jià)電子，它們進(jìn)入由硅（或鍺）組成的半導(dǎo)體晶體中，五價(jià)的原子取代四價(jià)的硅（或鍺）原子，在與相鄰的硅（或鍺）原子組成共價(jià)鍵時(shí)，因?yàn)槎嘁粋€(gè)價(jià)電子不受共價(jià)鍵的束縛，很容易成為自由電子，于是半導(dǎo)體中自由電子的數(shù)目大量增加。自由電子參與導(dǎo)電移動(dòng)后，在原來的位置留下一個(gè)不能移動(dòng)的正離子，半導(dǎo)體仍然呈現(xiàn)電中性，但與此同時(shí)沒有相應(yīng)的空穴產(chǎn)生，如圖1.4所示。圖1.4N型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)2.P型半導(dǎo)體在硅（或鍺）半導(dǎo)體晶體中，摻入微量的三價(jià)元素，如硼（B）、銦（In）等，則構(gòu)成P型半導(dǎo)體。三價(jià)的元素只有三個(gè)價(jià)電子，在與相鄰的硅（或鍺）原子組成共價(jià)

5、鍵時(shí)，由于缺少一個(gè)價(jià)電子，在晶體中便產(chǎn)生一個(gè)空位，鄰近的束縛電子如果獲取足夠的能量，有可能填補(bǔ)這個(gè)空位，使原子成為一個(gè)不能移動(dòng)的負(fù)離子，半導(dǎo)體仍然呈現(xiàn)電中性，但與此同時(shí)沒有相應(yīng)的自由電子產(chǎn)生，如圖1.5所示。圖1.5P型半導(dǎo)體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)P型半導(dǎo)體中，空穴為多數(shù)載流子（多子），自由電子為少數(shù)載流子（少子）。P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電。1.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的形成多數(shù)載流子因濃度上的差異而形成的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，如圖1.6所示。圖1.6P型和N型半導(dǎo)體交界處載流子的擴(kuò)散由于空穴和自由電子均是帶電的粒子，所以擴(kuò)散的結(jié)果使P區(qū)和N區(qū)原來的電中性被破壞，

6、在交界面的兩側(cè)形成一個(gè)不能移動(dòng)的帶異性電荷的離子層，稱此離子層為空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結(jié)，如圖1.7所示。在空間電荷區(qū)，多數(shù)載流子已經(jīng)擴(kuò)散到對(duì)方并復(fù)合掉了，或者說消耗盡了，因此又稱空間電荷區(qū)為耗盡層。圖1.7PN結(jié)的形成空間電荷區(qū)出現(xiàn)后，因?yàn)檎?fù)電荷的作用，將產(chǎn)生一個(gè)從N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)的方向，會(huì)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)則可推動(dòng)少數(shù)載流子（P區(qū)的自由電子和N區(qū)的空穴）越過空間電荷區(qū)，進(jìn)入對(duì)方。少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反。無(wú)外加電場(chǎng)時(shí)，通過PN結(jié)的擴(kuò)散電流等于漂移電流，PN

7、結(jié)中無(wú)電流流過，PN結(jié)的寬度保持一定而處于穩(wěn)定狀態(tài)。2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦匀绻赑N結(jié)兩端加上不同極性的電壓，PN結(jié)會(huì)呈現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性能。（1）PN結(jié)外加正向電壓PN結(jié)P端接高電位，N端接低電位，稱PN結(jié)外加正向電壓，又稱PN結(jié)正向偏置，簡(jiǎn)稱為正偏，如圖1.8所示。圖1.8PN結(jié)外加正向電壓（2）PN結(jié)外加反向電壓PN結(jié)P端接低電位，N端接高電位，稱PN結(jié)外加反向電壓，又稱PN結(jié)反向偏置，簡(jiǎn)稱為反偏，如圖1.9所示。圖1.9PN結(jié)外加反向電壓PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵窹N結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1二極管

8、的結(jié)構(gòu)及符號(hào)半導(dǎo)體二極管同PN結(jié)一樣具