PN结的温度特性.PPT

电子技术基础—模拟电子技术 南京理工大学泰州科技学院 孙正凤 课程的性质与任务 教材知识体系 第一章 晶体二极管工作原理及应用 1.1 引言 1.2 半导体物理知识 1.3PN结 1.4 实际二极管的伏安特性 1.5二极管的模型、参数、分析方法及基本应用 1.6 其它类型的二极管 1.1 引言 1.2 半导体物理知识 1.2.1 概述 1.2.2 本征半导体 1.2.3 杂质半导体 1.2.4 载流子的运动 1.2.1 概述 导体：电阻率小于10-3Ω.cm，很容易导电，称为导体.如铜、铝、银等金属材料； 绝缘体：电阻率大于109Ω.cm，很难导电，称为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料； 半导体：电阻率在10-3~109Ω.cm，导电能力介于导体和绝缘体之间，例如硅(Si)和锗(Ge)等半导体材料； 半导体材料制作电子器件的原因? 不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是在于半导体材料具有热敏性、光敏性和掺杂性。 半导体材料制作电子器件的原因? 1、热敏性：是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加，例如纯净锗从20℃升高到30℃时，电阻率下降为原来的1/2； 2、光敏性：半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性；例如硫化镉薄膜在暗处：电阻为几十MΩ。光照：电阻下降为几十KΩ 3、掺杂性：是半导体导电能力因掺入适量的杂质而发生很大的变化，例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼杂质，电阻率下降到原来的几万分之一，利用这一特性，可以制造出不同性能不同用途的半导体器件。 1.2.2 本征半导体 1、本征半导体： 纯净的半导体单晶。 1.2.2 本征半导体 2、本征激发和两种载流子 例1.1.1 计算在室温270C（300K）时硅和锗的本征载流子浓度。 解：Si： Ge： 结论：相同温度下。Ge的导电能力比Si强。 本征激发小结 本征半导体中的电子和空穴是成对产生的，因此本征半导体还是电中性的。 自由电子在晶格中运动；空穴在共价键内运动。 温度一定时激发和复合达到动态平衡，即温度一定时半导体材料中的载流子浓度是一定的。 温度升高时半导体材料中的载流子浓度就增大，导电能力增强。因此本征半导体可以制成热敏元件或光敏元件。 1.2.3 杂质半导体 在室温270C时，Si的本征载流子浓度为1.5×1010cm-3,原子密度为2.4×1022cm-3。只有三万亿分一的原子由于本征激发产生了电子-空穴对。 结论：本征半导体导电能力很弱！ 为了提高半导体的导电能力，并且人为控制半导体材料的导电性，可以采用掺杂技术。 掺杂：将半导体材料中掺入一定量的杂质元素，这样的半导体称为杂质半导体。 杂质半导体可可分为：N型半导体和P型半导体 1、N型半导体（N-type Semiconductor） A、在四价的本征硅中掺入微量的五价元素（如磷、砷）。 B、磷原子失去一个电子自身成不能移动的带正电荷的离子，称为施主杂质。掺入一个磷原子就提供一个自由电子。 C、N型半导体中,电子是多子,空穴是少子 D、整块的半导体仍为中性 2、P型半导体（P-type Semiconductor） A、在四价的本征硅中掺入微量的3价硼 B、硼原子在共价键留下一个空位，相邻硅原子中的价电子容易移过来填补个空位 。硼原子接受一个电子，成为带负电的离子，称受主杂质；在相邻硅共价键中产生一个带正电的空穴 C、P型半导体中：空穴是多子；电子是少子 D、整块的半导体仍为中性 杂质半导体小结 杂质半导体有两类：一类是N型半导体，另一类是P型半导体。 杂质半导体掺杂浓度要远大于对应的本征载流子浓度，又要远小于半导体的原子密度。 本征半导体中掺入5价元素（施主杂质）就形成N形半导体，N型半导体的多子是电子，少子是空穴；当本征半导体中掺入3价元素（受主杂质）就形成P型半导体，P型半导体的多子是空穴，少子是电子。 杂质半导体小结 在一定的温度范围内，杂质半导体中的多子浓度近似等于掺杂浓度，几乎和温度无关；少子浓度是对应温度下的本征载流子浓度的平方除以掺杂浓度，并随温度的升高而增加。 当温度过高时，本征载流子浓度可能会高于掺杂浓度，此时的半导体具有本征半导体的特性了。 1.2.4 载流子的运动 半导体中的电子和空穴有两种运动形式。 1、载流子的漂移运动： 载流子在外加电场的作用 下而产生的运动。 2、载流子的扩散运动：由于浓度差而引起的载流子 的运动。 1、载流子的漂移运动 漂移运动和扩散运动小结 载流子有两种运动：漂移运动和扩散运动。 在电场的作用下，载流