半导体器件物理教案课件.pptVIP

*****************半导体基础知识回顾原子结构原子核和电子，原子核由质子和中子组成，电子绕核运动。导体导体中存在自由电子，可以自由移动，导电性强。绝缘体绝缘体中电子束缚在原子核附近，不能自由移动，导电性弱。半导体材料的基本性质1导电性半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间，受温度、掺杂等因素影响。2能带结构半导体材料的能带结构决定其导电特性，有导带、价带和禁带。3载流子半导体材料中的载流子包括电子和空穴，它们参与导电过程。能带结构及载流子浓度能带结构是半导体材料中电子能级分布的描述，直接影响着载流子浓度。不同能带间存在能隙，电子只能在能带内运动。导带和价带是半导体能带结构中最重要的两个能带。导带中的电子是自由电子，可以参与导电。价带中的电子受原子核束缚，不能参与导电。载流子浓度是指半导体材料中自由电子的浓度，决定了材料的导电能力。载流子浓度受能带结构、温度等因素影响。德拜理论和费米分布函数1德拜理论描述固体中声子的热力学性质2费米分布函数描述半导体中电子和空穴的能量分布3能带理论结合德拜理论和费米分布函数，解释半导体材料的导电性质p-n结的物理特性能带弯曲p型和n型半导体接触后，能带会发生弯曲，形成势垒。耗尽区在势垒区域，载流子浓度降低，形成耗尽区。扩散电流少数载流子在浓度梯度驱动下跨越p-n结，形成扩散电流。漂移电流多数载流子受电场驱动跨越p-n结，形成漂移电流。少子载流子的注入和复合1复合过程少子与多数子相遇，结合成自由电子或空穴2注入过程少子从高浓度区域扩散到低浓度区域3少子寿命少子从注入到复合的时间正偏p-n结的电流-电压特性正偏电压下，p-n结的电流随电压呈指数增长。反偏p-n结的电流-电压特性10^-6漏电流反偏电压下，pn结的电流很小，称为漏电流。10^6击穿电压当反偏电压超过一定值时，电流急剧增大，称为击穿现象。10漏电流比例反偏电压下，漏电流的大小与pn结面积、材料类型和温度有关。栅极控制的p-n结二极管结构栅极控制的p-n结二极管通常由一个p-n结和一个金属栅极构成。栅极位于p-n结附近，可以控制p-n结的导通和截止。工作原理当栅极施加电压时，它会改变p-n结的电场强度，从而影响电流的流动。当栅极电压较高时，二极管导通；当栅极电压较低时，二极管截止。应用栅极控制的p-n结二极管在开关电路、信号放大电路和存储器电路中有着广泛的应用。金属-半导体接触(肖特基结)能带弯曲金属和半导体之间形成的接触界面，由于功函数的不同，会导致能带弯曲现象。肖特基势垒能带弯曲形成的势垒，阻碍了载流子从半导体向金属的流动，影响了器件的导电特性。应用肖特基结在各种半导体器件中都有应用，例如肖特基二极管、场效应管等。异质结的特性和应用更高的光电转换效率异质结可以提高太阳能电池的光电转换效率，因为它可以有效地捕获和利用更多太阳光能。更亮的LED照明异质结在LED灯中应用广泛，可以提高LED灯的亮度和效率。更高性能的电子器件异质结可以制造更高性能的电子器件，例如高速晶体管和高效率的传感器。双极性晶体管的工作原理PN结双极性晶体管由两个PN结组成，分别为发射结和集电结。基极基极是两个PN结之间的一层薄的半导体，它控制着发射结和集电结之间的电流。电流控制基极电流控制着集电结电流，因此，双极性晶体管可以作为电流放大器。应用双极性晶体管广泛用于各种电子设备，包括放大器、开关和振荡器。单极性场效应管的工作原理1栅极控制通过在栅极和源极之间施加电压，可以控制沟道中载流子的数量，从而改变电流大小。2导通和截止当栅极电压达到一定阈值时，沟道导通，电流可以通过；当栅极电压低于阈值时，沟道截止，电流无法通过。3电流控制场效应管的电流主要由栅极电压控制，源极和漏极之间的电压只起到调节电流大小的作用。双极性和单极性管件的区别双极性晶体管双极性晶体管使用两种类型的载流子（电子和空穴）来放大电流。单极性晶体管单极性晶体管只使用一种类型的载流子（电子或空穴）来放大电流。结构双极性晶体管有三个区域：发射极、基极和集电极。单极性晶体管有三个区域：源极、栅极和漏极。电流放大双极性晶体管通过基极电流控制集电极电流。单极性晶体管通过栅极电压控制漏极电流。光电二极管的工作原理1光生伏特效应光照射pn结2电子空穴对产生电子-空穴对3电流产生产生光电流光电探测器的工作原理1光电效应光照射到光电探测器上，光子被吸收，激发电子到导带。2载流子生成激发的电子和空穴形成电子-空穴对，增加载