Chap02_01半导体及其基本特性.ppt

重 点 半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体 载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流子、过剩载流子 能带、导带、价带、禁带 掺杂、施主、受主 输运、漂移、扩散、产生、复合 扩散电流 电子扩散电流： 空穴扩散电流： 爱因斯坦关系: 载流子的扩散运动：载流子在化学势作用下运动 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ * * 第二章 半导体物理和器件物理基础 1、半导体及其基本特征 2、半导体中的载流子 3、pn结 4、双极晶体管 5、MOS场效应晶体管 第二章 半导体物理和器件物理基础 导体、半导体和绝缘体 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 1、半导体及其基本特征 固体材料：超导体: 大于106(?cm)-1 导 体: 106~104(?cm)-1 半导体: 104~10-10(?cm)-1 绝缘体: 小于10-10(?cm)-1 什么是半导体？ 从导电特性和机制来分： 不同电阻特性 不同输运机制 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点： 1、在纯净的半导体材料中，电导率随温度的上升而指 数增加； 2、半导体中杂质的种类和数量决定着半导体的电导率 ，而且在重掺杂情况，温度对电导率的影响较弱； 3、在半导体中可以实现非均匀掺杂； 4、光的辐照、高能电子等的注入可以影响半导体的 电导率。 2. 半导体中的载流子：能够导电的自由粒子 本征半导体：n=p=ni 电子：Electron，带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子 空穴：Hole，带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位 3. 半导体的能带 (价带、导带和带隙) 量子态和能级 固体的能带结构 原子能级 能带 价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带 导带： 0K条件下未被电子填充的能量最低的能带 禁带：导带底与价带顶之间能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差 半导体的能带结构 导 带 价 带 Eg 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 4.半导体的掺杂 N 型半导体： 掺入半导体的杂质原子向半导体中提供 导电的电子，并成为带正电的离子。如 Si中掺的P 和As （施主原子, Donor ） P 型半导体： 掺入半导体的杂质原子向半导体中提供 导电的空穴，并成为带负电的离子。 如Si中掺的B（ 受主原子， Acceptor ） 施主和受主浓度：ND、NA N 型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。 +4 +4 +5 +4 多余 电子 磷原子 N 型半导体中的载流子是什么？ 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。 P 型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的 半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。 +4 +4 +3 +4 空穴 硼原子 P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。 杂质半导体的示意表示法 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － P 型半导体 + + + + + + + + + + + +