2017电子技术与数字电路（北大第二版）课件：11 半导体基础知识.ppt

由于空间电荷区内缺少可以自由运动的载流子，所以又称“耗尽层”，如图1.7所示。 图1.7 PN结的形成 空间电荷区中的正、负离子之间形成一个内电场，方向是由N型区指向P型区。内电场对两边多子的进一步扩散起阻挡作用，所以空间电荷区也称为“阻挡层”。 内电场可以使两边的少子产生漂移运动。漂移运动的方向与扩散运动相反。扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，于是扩散阻力增大；漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，使扩散容易进行。 当扩散运动和漂移运动作用相等时，便处于动态平衡状态，空间电荷区不再扩大，这种动态平衡状态下的空间电荷区就是PN结。 2. PN结的单向导电性 如果在PN结两端外加电压，将破坏其原来的平衡状态。当外加电压极性不同时，PN结表现出截然不同的导电性能，即呈现出单向导电性。 当电源的正极接P区，负极接N区，称为“加正向电压”或“正向偏置”，如图1.8所示。这时外加电场方向与内电场方向相反，外电场将P区和N区的多数载流子推向空间电荷区，使其空窄，削弱了内电场，破坏了原来的平衡，使扩散运动加剧，而漂移运动减弱。 由于电源的作用，扩散运动源源不断地进行，从而形成正向电流，PN结导通。 图1.8 PN结外加正向电压时导通 PN结导通时的结压降只有零点几伏，所以应在它所在的回路中串联一个电阻，以限制回路中的电流，防止PN结因正向电流过大而损坏。 当电源的正极接N区，负极接P区，称为“加反向电压”或“反向偏置”，如图1.9所示。 反向偏置时，外加电场与内电场方向相同，外电场将N区和P区的多数载流子拉向电源电极方向，使空间电荷区变宽，内电场增加，阻止扩散运动的进行，而加剧漂移运动的进行，形成反向电流（也称漂移电流）。 图1.9 PN结外加反向电压时截止 反向电流是由少数载流子的漂移运动形成的，当温度不变时，少数载流子的浓度不变，反向电流在一定范围内将不随外加电场的大小而变化，所以常把反向电流称为“反向饱和电流”。 由于少数载流子数目极少，所以反向电流近似为零，可以认为PN结反向偏置时处于截止状态。 PN结加正向电压时，呈现较小的正向电阻，形成较大的正向电流，PN结处于导通状态；PN结加反向电压时，呈现很大的反向电阻，流过很小的反向电流，PN结近似于截止状态。 这种只允许一个方向电流通过的特性称为PN结的单向导电性。 3. PN结的伏安特性 式1-1给出了流过PN结的电流I与PN结两端电压U之间的关系式 I=IS(eU/UT-1) （1-1） 式中，IS为反向饱和电流；UT是温度的电压当量，在常温（300K）下，UT=26mV。 把式（1-1）绘成曲线，如图1.10所示，称为PN结的伏安特性曲线。 图1.10 PN结的伏安特性曲线 当PN结加正向电压时，在U大于UT几倍以后，式（1-1）中eU/UT1，于是I≈ISeU/UT，表明正向电流I随电压U呈指数规律增加，如图中OA段，这段曲线称为PN结的正向伏安特性。 当PN结加反向电压时，U＜0，在|U|大于UT几倍后，式（1-1）中的eU/UT→0，于是I≈-IS，即反向电流基本上是一个不随外加电压变化而变化的常数，如图中的OB段，这段曲线称为PN结的反向伏安特性。 4. PN结的击穿 当加于PN结的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然急剧增大，如图1.10中的BE段所示，这种现象称为PN结的反向击穿。对应于电流开始剧增的反向电压UBR，称为击穿电压。PN结的击穿分为“雪崩击穿”和“齐纳击穿”两种类型。 雪崩击穿是指PN结内作漂移运动的少数载流子受强电场的加速作用可获得很大的能量，当它与PN结内的原子碰撞时，把其中的价电子碰撞出来，产生新的电子-空穴对。新的电子-空穴对在强电场的作用下，再去碰撞其他原子，产生更多的电子-空穴对，如同雪崩一样。 齐纳击穿发生在高浓度掺杂的PN结中。由于杂质浓度高，所以形成的PN结很窄，即使外加反向电压并不很高，结内电场强度就很强，它可以把结内的束缚电子从共价键中拉出来引起反向电流的剧增。 需要指出，发生上述两种击穿后，只要反向电流的热效应不致损坏PN结，当反向电压降到击穿电压以下时，PN结的性能仍可恢复。 第1章 半导体器件 本章主要内容 (1)半导体基础知识 (2）半导体二极管 （3）双极型晶体管 （4）场效应晶体管 1.1 半导体基础知识 1.1.1 半导体的导电特性 自然界中的物质，按其导电能力的强弱可分为导体、半导体和