半导体基础知识 (2).ppt

第二讲 半导体基础知识 一、本征半导体 半导体的共价键结构 半导体的共价键结构图 2. 本征半导体 定义：纯净的、不含其他杂质的半导体。 温度升高后，本征半导体结构图 温度升高后，本征半导体结构图 温度升高后，本征半导体结构图 温度升高后，本征半导体结构图 2、本征半导体中的两种载流子 二、杂质半导体 1. N型半导体 2. P型半导体 杂质半导体的示意表示方法 三、PN结的形成及其单向导电性 1.PN结的形成 2.PN结的单向导电性 PN结的单向导电性 PN结加正向电压时导通 PN结加正向电压时导通 PN结加正向电压时导通 PN结加正向电压时导通 PN结加反向电压时截止 PN结加反向电压时截止 PN结加反向电压时截止 归纳： PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。 四、PN结的电容效应 － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + 空间电荷区 ＋ － 内电场 外电场 P区 N区 少子电子 少子空穴 VR 漂移运动 － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + ＋ － 内电场 外电场 P区 N区 VR 变厚 IR I：漂移电流 反向电流 温度一定时，反向电流IR趋于恒定值，称为反向饱和电流IS。 － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + ＋ － 内电场 外电场 P区 N区 VR 变厚 IR I：漂移电流 小结 内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流IR。 在于它的耗尽层的存在，且其宽度随外加电压而变化。 关 键 这就是PN结的单向导电性。 * 上一页 下一页 章目录 * 一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 无杂质 稳定的结构 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 1、什么是半导体？ 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。 硅原子和锗原子的结构 Ge Si +4 半导体的导电性能是由其原子结构决定的。 为方便起见，常表示如下： +4 +4 +4 +4 共价键共用电子对 共 价 键 正离子核 在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚其中，不能成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。 +4 +4 +4 +4 T=0K时本征半导体结构图： +4 +4 +4 +4 自由电子 空穴 +4 +4 +4 +4 这一现象称为 本征激发，也 称热激发。 所谓本征激发，就是由于随机热振动致使共价键被打破而产生电子—空穴对的过程。 电子空穴对 +4 +4 +4 +4 电子空穴对 复合：与本征激发现象相反，即自由电子遇到空穴并填补空穴，从而使两者同时消失的现象。 在一定温度下，本征激发与复合这二者产生的电子－空穴对数目相等，达到一种动态平衡。 +4 +4 +4 +4 电子空穴对 注意： 在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，故在任何时候，本征半导体中的自由电子和空穴数总是相等的。 E ＋ － 自由电子——带负电荷，形成电子流 两种载流子 空穴,视为带正电荷，形成空穴流 本征半导体的导电机制 +4 +4 +4 +4 自由电子 空穴 电 子 流 空 穴 流 本征半导体中产生电流的根本原因：共价键中空穴的出现。 空穴越多，载流子数目就越多，形成的电流就越大。 E ＋ － 本征半导体的导电机制 +4 +4 +4 +4 自由电子 空穴 电 子 流 空 穴 流 本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。 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，载流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？ 运载电荷的粒子称为载流子。 磷（P） 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子