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半導體器件

1.1.1本征半導體半導體—導電能力介於導體和絕緣體之間的物質。本征半導體—純淨的半導體。如矽、鍺單晶體。載流子—自由運動的帶電粒子。共價鍵—相鄰原子共有價電子所形成的束縛。

矽(鍺)的原子結構簡化模型慣性核矽(鍺)的共價鍵結構價電子自由電子(束縛電子)空穴空穴空穴可在共價鍵內移動

本征激發：複合：自由電子和空穴在運動中相遇重新結合成對消失的過程。漂移：自由電子和空穴在電場作用下的定向運動。在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，並在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。

兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運動自由電子(在共價鍵以外)的運動空穴(在共價鍵以內)的運動結論：1.本征半導體中電子空穴成對出現，且數量少；2.半導體中有電子和空穴兩種載流子參與導電；3.本征半導體導電能力弱，並與溫度有關。

1.1.2雜質半導體一、N型半導體和P型半導體N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電子為多數載流子空穴為少數載流子載流子數?電子數

1.1.2雜質半導體一、N型半導體和P型半導體P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—多子電子—少子載流子數?空穴數

二、雜質半導體的導電作用IIPINI=IP+INN型半導體I?INP型半導體I?IP

三、P型、N型半導體的簡化圖示負離子多數載流子少數載流子正離子多數載流子少數載流子

1.1.3PN結一、PN結(PNJunction)的形成1.載流子的濃度差引起多子的擴散2.複合使交界面形成空間電荷區(耗盡層)空間電荷區特點:無載流子，阻止擴散進行，利於少子的漂移。內建電場

3.擴散和漂移達到動態平衡擴散電流等於漂移電流，總電流I=0。二、PN結的單向導電性1.外加正向電壓(正向偏置)—forwardbias

內電場外電場外電場使多子向PN結移動,中和部分離子使空間電荷區變窄。P區N區IF限流電阻擴散運動加強形成正向電流IF。IF=I多子?I少子?I多子2.外加反向電壓(反向偏置)—reversebiasP區N區內電場外電場外電場使少子背離PN結移動，空間電荷區變寬。IRPN結的單向導電性：正偏導通，呈小電阻，電流較大;反偏截止，電阻很大，電流近似為零。漂移運動加強形成反向電流IRIR=I少子?0

三、PN結的伏安特性反向飽和電流溫度的電壓當量電子電量玻爾茲曼常數當T=300(27?C)：UT=26mVOu/VI/mA正向特性反向擊穿加正向電壓時加反向電壓時i≈–IS

1.2半導體二極體1.2.1半導體二極體的結構和類型1.2.2二極體的伏安特性1.2.3二極體的主要參數

1.2.1半導體二極體的結構和類型構成：PN結+引線+管殼=二極體(Diode)符號：A(anode)C(cathode)分類：按材料分矽二極體鍺二極體按結構分點接觸型面接觸型平面型

點接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負極引線負極引線面接觸型N型鍺PN結正極引線鋁合金小球底座金銻合金正極

引線負極

引線積體電路中平面型PNP型支持襯底

1.2.2二極體的伏安特性一、PN結的伏安方程反向飽和電流溫度的電壓當量電子電量玻爾茲曼常數當T=300(27?C)：UT=26mV

二、二極體的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死區電壓iD=0Uth=0.5V0.1V(矽管)(鍺管)U?UthiD急劇上升0?U?UthUD(on)=(0.6?0.8)V矽管0.7V(0.1?0.3)V鍺管0.2V反向特性ISU(BR)反向擊穿U(BR)?U?0iD=IS0.1?A(矽)幾十?A(鍺)UU(BR)反向電流急劇增大(反向擊穿)

反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因：齊納擊穿：(Zener)反向電場太強，將電子強行拉出共價鍵。(擊穿電壓6V，負溫度係數)雪崩擊穿：反向電場使電子加速，動能增大，撞擊使自由電子數突增。—PN結未損壞，斷電即恢復。—PN結燒毀。(擊穿電壓6V，正溫度係數)擊穿電壓在6V左右時，溫度係數趨近零。

矽管的伏安特性鍺管的伏安特性604020–0.02–0.