第一章-1-PN结及二极管.pdf

第一章集成电路元、器件基础 介绍半导体的有关基础知识，阐述PN结的原理及主要特性， 讨论以PN结为基本结构的双极型晶体三级管（BJT ）和场效应管 （FET ）的工作原理、特性及主要参数。 2014/3/4 北京航空航天大学202教研室 1 1.1 半导体基础知识 半导体的概念：导电能力处于导体和绝缘体之间的材料； 原子之间的共价键很弱。 2014/3/4 北京航空航天大学202教研室 2 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层 电子（价电子）都是四个。 Ge Si 锗原子示意图 硅原子示意图 2014/3/4 北京航空航天大学202教研室 3 1.1.1 本征半导体 概念：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 2014/3/4 北京航空航天大学202教研室 4 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个 原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶 点，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电 子。 硅和锗的 晶体结构： 锗：灰白色结晶，质脆，有光泽，主要用来制造半导体晶体管 硅：褐色粉末，灰色晶体等形态，能构成高效率的晶体管 2014/3/4 北京航空航天大学202教研室 5 硅和锗的共价键结构： 共价键共 +4 +4 用电子对 +4表示除 去价电子 +4 +4 后的原子 2014/3/4 北京航空航天大学202教研室 6 形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。 共价键有很强的结 +4 +4 合力，使原子规则 排列，形成晶体。 +4 +4 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子， 常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体 中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。 2014/3/4 北京航空航天大学202教研室 7 本征激发：本征半导体中的价电子在受热或者光照的情况下 获得能量从共价键中脱离出来成为自由电子的过程。 本征激发过程产生两种载流子：① 自由电子②空穴 复 合：自由电子落入空穴，使自由电子和空穴成对消失 的过程。 2014/3/4 北京航空航天大学202教研室 8 本征激发过程： 空穴 +4 +4 自由电子