晶体管特性简介.ppt

* 半 導 體 管 特 性 簡 介 Date : 2001/11/6 Prepared By : 李彭莉 半 導 體 的 基 本 特 性 一.半導體的定義. 半導體是一種導電能力介於導體和絕緣體之間,或者說電阻率介於導體與絕緣體之間的物質.如:鍺﹑硅﹑硒及大多數金屬的氧化物,都是半導體.半導體的獨特性能不只在於它的電阻率大小,而且它的電阻率因溫度﹑摻雜和光照會產生顯著變化.利用半導體的特性可制成二极管﹑三极管等多種半導體器件. 二.半導體的獨特性能. 1) 電阻值隨溫度變化敏感,只要有微弱的溫度升高,電阻值就顯著減少;溫度降低,則阻值就增大.利用半導體的這種性能,就可做成熱敏元件. 2) 半導體受光照射時,可以大大提高導電能力.利用這一特點,可以制成用於自動控制的光電二极管﹑光敏電阻等. 3) 在純的半導體材料中,加入极懲量的某些雜質(約百万 分之一),其導電能力就會成百万倍的提高.這一我是半導體 最重要的特性,利用這一我可以制成各種不同性質,不同用途的半導體器件,如各種各樣的半導體管. 三.半導體物質的內部結構. 半導體材料硅和鍺原子最外層有4個電子,並與相鄰原子組成共价鍵(如圖1所示) 圖1 硅晶體原子結構 Si Si Si Si Si 四. N型半導體和P型半導體. 如果在純凈的半導體材料中摻入懲量的雜質.會使半導體的導電性能大大改善.例如,在半導體中摻入少量的五价元素磷,其外層的五個价電子與硅原子的四個价電子組成共价鍵時,就會多出一個電子,這個多出來的電子只受到磷原子核的昅引,不受共价鍵的束縛,因此它受到的束縛力很小,很容易形成自由電子.這種摻入五价元素的半導體,主要靠自由電子導電,叫電子型半導體,簡稱N型半導體.又例如,在半導體中摻入少量的硼,由於硼為三价元素,其最外層的三個价電子與硅原子的四個价電子組成共价鍵時,在共价鍵的結構中便缺少了一個价電子,產生一個空位,即空穴, 相鄰硅原子的共价鍵電子就可以過來填補這個空穴,這樣,就可以在硅原子中產生一個空穴,從而使半導體硅中的空穴載流子大大增加.這種摻入三价元素的半導體,主要靠空穴導電,叫空穴型半導體,簡稱P型半導體.圖2為摻入雜質的半導體材料原子結構. 圖2.摻入雜質的半導體材料原子結構 五.半導體中的電流 1) 漂移電流. 在一塊半導體的兩瑞,如果加上電壓,半導體內便產生了電場.在電場的作用下,半導體內的導電電子和空穴,就以 多余電子 (a)N型半導體 Si Si Si Si P 填補了的空位 空穴 (b)P型半導體 Si Si Si Si B Si 相反方向移動.載流子有規則的移動,就形成了電流,稱為漂 移電流. 2) 擴散電流 在半導體內,如果載流子分布不均勻,即使沒有電場的,作用也會發生載流子的移動,形成電流,這就是擴散電流.擴散電流與溫度有關. PN 結 一.PN結的形成. 如果使一塊半導體的一部分是N型的,另一部分是P型的,那么就構成了一個理想的突變結.因為在P區域中有大量的空穴,而在N區域中有大量的電子,形成了載流子的不均勻,因而N區濃度大的載流子就會向P區擴散;而P區濃度大的空穴就會向N區擴散,形成了擴散電流.擴散的結果,使N區的電子減少,在N區一邊就出現了帶正電的原子,即正離子.同樣P區由於空穴減少,會使一邊出現帶負電的負離子.離子質量較大,不會移動.因此,在P區和N區交界處就形成了一個一邊帶正電荷,另一邊帶負電荷的空間電荷區,這就是PN結.如圖3所示. 在空間電荷區產生的靜電場稱為內建電場,其電位差稱為勢壘.PN結電場對擴散運動起阻礙作用.隨著擴散的發展,空間電荷區會不斷擴大,內電場也就加強,反過來對 + + + + + + + + - - - - - - - - P區 N區 空間電荷區 電場方向 圖3. PN結 擴散的阻力也就愈大.另一方面,在P區除多數載流子空穴外,還有少數載流子電子;在N區除多數載流子電子外,還有少數載流子空穴,在電場作用下也要做漂移運動,形成漂移電流.很明顯,內建電場愈強,漂移運動也愈強.但是在一定的條件下,電場的 建立和漂移運動會趨向平衡,使擴散載流子和漂移載流子數量相等,即達到平衡狀態.在一般條件下,鍺PN結的勢壘為0.2V~ 0.4V,硅PN結的勢為0.6V~ 0.8V. 二.外加電壓對結PN的影響. 1. 外加正向電壓的作用. 如圖4(a)所示.外加電場削弱了PN結電場E內,破壞了擴散 + +