半导体基本知识课件.pptVIP

电路基础与集成电子技术 哈尔滨工业大学 电子学教研室编 蔡惟铮 主 编 齐明 于泳 副主编 2010年03月 第2篇 模拟电子技术 第4章 半导体二极管和晶体管 第5章 基本放大电路 第6章 集成运算放大器和模拟乘法器 单元电路 第7章 负反馈放大电路 第8章 集成运算放大器和模拟乘法器 线性应用电路 第9章 集成振荡电路 第10章 直流电源 第4章 半导体二极管和晶体管 内容提要：本章介绍半导体二极管和晶体管的工作原理、特性曲线和参数。这些器件的基础是PN结，为此首先对PN结的形成和特性也给予了必要的介绍。 4.1 半导体的基本知识 4.2 PN结 4.3 半导体二极管 4.4 硅稳压二极管及其稳压电路 4.5 场效应半导体晶体管 4.6 双极型半导体晶体管 第4章 半导体二极管和晶体管 4.1 半导体的基本知识 4.1.1 本征半导体 4.1.2 杂质半导体 本征半导体是化学成分纯净的半导体。制造半导体器件的半导体的纯度要达到99.999999999%，常称为“九个9”。 在常温下，本征硅的电阻率约为2.3?105??cm，本征锗的电阻率约为47??cm。制造半导体器件的半导体材料呈单晶体形态。 4.1 半导体的基本知识 4.1.1 本征半导体 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。半导体的电阻率为10-3～109 ??cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。图4.1.1 是半导体硅单晶体切成的薄片(晶圆)，用于制作半导体器件。 图4.1.1 晶圆--硅半导体单晶体切片 (大片直径30cm，中间小片5cm) 晶圆 硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。 这种结构的立体和平面示意图见图4.1.2。 图4. 1. 2 硅原子空间排列及共价键结构平面示意图 (a) 硅晶体的空间排列 (b) 共价键结构平面示意图 (c) 4.1.1.1 本征半导体的共价键结构 当温度升高或受到光的照射时，有一部分价电子会挣脱原子核的束缚，成为自由电子，而参与导电。 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，呈现出正电性，称呈现正电性的这个空位为空穴。 这一现象称为本征激发，也称热激发。 4.1.1.2 电子空穴对 本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡，此时 ni=pi 图4.1.3 本征激发和复合过程示意图 　　电子和空穴是可以运载电荷的粒子，称为载流子。 热或光的作用 热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的一部分自由电子有的被空穴俘获，称为复合，如图4.1.3所示。 自由电子的定向运动就形成了电子电流。 图4.1.4 空穴在晶格中的移动 空穴的运动方向与电子相反，只是空穴的运动是靠相邻共价键中价电子依次充填空穴来实现的。 4.1.1.3 空穴的移动 在本征半导体中掺入特定的微量三价或五价杂质元素而得到杂质半导体。 掺杂可使半导体的导电性发生显著变化。要注意，这里的杂质半导体不是普通意义上的含有多种任意杂质的半导体，掺入杂质后，半导体的晶体结构不变。 常用杂质元素有硼、镓、铟、磷等。 4.1.2 杂质半导体 4.1.2.1 N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质可形成N型半导体，也称电子型半导体。 N型半导体中掺入的杂质浓度大约是本征激发产生的电子浓度的一百万倍。 因五价杂质原子中只有四个价电子能与相邻的四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚很容易成为自由电子。所以，自由电子是多数载流子，简称多子；本征激发形成的空穴则称为少数载流子, 简称少子。 图4.1.5 N型半导体 五价杂质原子在失去一个价电子后，带一个电子电荷量的正电荷，成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。正离子固定在晶体中，不能运动。 多子和少子。 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等就形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。 三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，因缺少一个价电子而在共