11半导体基础知识.ppt

模拟电子技术基础 第四版 童诗白 华成英 主编 第一章 常用半导体器件 1.1 半导体基础知识 1.1.1本征半导体 一、半导体 自然界物质按其导电能力分为导体、半导体、绝缘体。 1.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。 2.绝缘体 有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如惰性气体、橡皮、陶瓷、塑料和石英。 3.半导体 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。常用的半导体材料是硅（Si)和锗(Ge)。 半导体具有如下重要特性: (1) 热敏性: 有些半导体对温度敏感, 其导电能力随环境温度的升高而明显增加, 利用这一特性可做成各种热敏元件, 如热敏电阻、 温度传感器等。  (2) 光敏性: 有些半导体在受光照时,其导电性能明显增强, 利用这一特性可做成各种光敏元件, 如光敏电阻、光电管等。 (3) 掺杂性: 在纯净半导体中掺入微量元素（杂质）, 可使半导体导电能力明显增强， 利用这一特性可制成各种的半导体器件。  半导体的上述特性是由其内部的原子结构和原子间结合方式决定的。 二、本征半导体  1. 本征半导体共价键结构 2. 本征半导体中的两种载流子 3. 本征半导体载流子浓度 1.1.2 杂质半导体 一、N 型半导体 N 型半导体结构和模型 二、P 型半导体 注意 1.1.3 PN结 一、PN 结的形成 注意 二、PN 结的单向导电性 1. PN 结加正向电压导通 2. PN 结加反向电压截止 注意 三、PN 结的电流方程 四、PN结的伏安特性 五、PN结的电容效应 例 判断下列说法是否正确，用√和 x表示。 1.在本征半导体中如果掺入五价元素可形成N型半导体，掺入三价元素可形成P型半导体。（ ） * 温度会影响半导体 高等教育出版社 1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 晶体三极管 1.4 场效应管 硅和锗均为四价元素，原子最外层有四个电子，称为价电子。这四个价电子决定元素的化学性质和晶体结构。 +4 硅和锗的原子结构简化模型 纯净的（99.9…9%，9个9以上）具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 硅或锗原子组成晶体后，原子间距离很近，价电子不仅受所属原子核作用，而且受相邻原子核吸引，使一对价电子为相邻原子核共有，形成共价键。 本征半导体结构示意图 共价键共 用电子对 本征半导体共价键结构 在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为零，相当于绝缘体。 在常温下(T=300K)，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发。自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 一定温度下，自由电子与空穴对的数目一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的数目加大。 运载电荷的粒子称为载流子。 无外加电场,电子和空穴运动是随机、无规则的,不形成电流。 有外加电场，自由电子做定向 运动形成电子电流；价电子按 一定方向填补空穴,等效成空穴 运动形成空穴电流。 本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。 载流子 外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。温度升高，热运动加剧，载流子数目增大，导电性增强。 单位体积内的载流子数为载流子浓度。 本征激发产生电子空穴对；复合使二者同时消失。在一定温度下，电子空穴对的产生和复合不断进行，最后达到动态平衡（在单位时间内，本征激发产生多少电子空穴对，同时也复合多少电子空穴对，使载流子浓度维持一个定值）。 温度越高，载流子的浓度越高，本征半导体的导电能力越强。 本征半导体中载流子数目有限，导电能力低。为提高半导体导电能力，在本征半导体中掺入某些微量的杂质元素，掺杂后的半导体称为杂质半导体。 杂质半导体的某种载流子浓度大大增加。按掺杂元素不同，分为N 型半导体和P 型半导体。 N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为电子半导体。 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为空穴半导体。 在纯净的硅晶体中掺入少量的五价元素磷，形成N 型半导体。晶体点阵中某些位置上的硅原子被磷原子取代。 磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的硅原子形成共价键，还多出一个电子，这个电子