半导体器件课件.pptVIP

半導體器件1.1PN結半導體器件是用半導體材料製成的電子器件。常用的半導體器件有二極體、三極管、場效應電晶體等。半導體器件是構成各種電子電路最基本的元件。1.1.1半導體的導電特徵半導體：導電性能介於導體和絕緣體之間的物質，如矽(Si)、鍺(Ge)。矽和鍺是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。室溫下，由於熱運動少數價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，同時在共價鍵中留下一個空位這個空位稱為空穴。失去價電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。在電子技術中，將空穴看成帶正電荷的載流子。每個原子周圍有四個相鄰的原子，原子之間通過共價鍵緊密結合在一起。兩個相鄰原子共用一對電子。1．激發產生自由電子和空穴（與自由電子的運動不同）有了空穴，鄰近共價鍵中的價電子很容易過來填補這個空穴，這樣空穴便轉移到鄰近共價鍵中。新的空穴又會被鄰近的價電子填補。帶負電荷的價電子依次填補空穴的運動，從效果上看，相當於帶正電荷的空穴作相反方向的運動。本征半導體中有兩種載流子：帶負電荷的自由電子和帶正電荷的空穴熱激發產生的自由電子和空穴是成對出現的，電子和空穴又可能重新結合而成對消失，稱為複合。在一定溫度下自由電子和空穴維持一定的濃度。2．空穴的運動3.在純淨半導體中摻入某些微量雜質，其導電能力將大大增強在純淨半導體矽或鍺中摻入磷、砷等5價元素，由於這類元素的原子最外層有5個價電子，故在構成的共價鍵結構中，由於存在多餘的價電子而產生大量自由電子，這種半導體主要靠自由電子導電，稱為電子半導體或N型半導體，其中自由電子為多數載流子，熱激發形成的空穴為少數載流子。（1）N型半導體自由電子多數載流子（簡稱多子）空穴少數載流子（簡稱少子）（2）P型半導體在純淨半導體矽或鍺中摻入硼、鋁等3價元素，由於這類元素的原子最外層只有3個價電子，故在構成的共價鍵結構中，由於缺少價電子而形成大量空穴，這類摻雜後的半導體其導電作用主要靠空穴運動，稱為空穴半導體或P型半導體，其中空穴為多數載流子，熱激發形成的自由電子是少數載流子。自由電子多數載流子（簡稱多子）空穴少數載流子（簡稱少子）無論是P型半導體還是N型半導體都是中性的，對外不顯電性。摻入的雜質元素的濃度越高，多數載流子的數量越多。少數載流子是熱激發而產生的，其數量的多少決定於溫度。半導體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電場作用下的定向運動稱為漂移運動。在半導體中，如果載流子濃度分佈不均勻，因為濃度差，載流子將會從濃度高的區域向濃度低的區域運動，這種運動稱為擴散運動。將一塊半導體的一側摻雜成P型半導體，另一側摻雜成N型半導體，在兩種半導體的交界面處將形成一個特殊的薄層→PN結。1．PN結的形成1.1.2PN結及其單向導電性多子擴散形成空間電荷區產生內電場少子漂移促使阻止擴散與漂移達到動態平衡形成一定寬度的PN結①外加正向電壓（也叫正向偏置）外加電場與內電場方向相反，內電場削弱，擴散運動大大超過漂移運動，N區電子不斷擴散到P區，P區空穴不斷擴散到N區，形成較大的正向電流，這時稱PN結處於導通狀態。2．PN結的單向導電性②外加反向電壓（也叫反向偏置）外加電場與內電場方向相同，增強了內電場，多子擴散難以進行，少子在電場作用下形成反向電流，因為是少子漂移運動產生的，反向電流很小，這時稱PN結處於截止狀態。一個PN結加上相應的電極引線並用管殼封裝起來，就構成了半導體二極體，簡稱二極體。半導體二極體按其結構不同可分為點接觸型和麵接觸型兩類。點接觸型二極體PN結面積很小，結電容很小，多用於高頻檢波及脈衝數字電路中的開關元件。面接觸型二極體PN結面積大，結電容也小，多用在低頻整流電路中。1.2半導體二極體1.2.1半導體二極體的結構（1）正向特性外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內電場對多子擴散的阻力，PN結仍處於截止狀態。正向電壓大於死區電壓後，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區電壓矽管約為0.5V，鍺管約為0.2V。外加反向電壓時，PN結處於截止狀態，反向電流很小。反向電壓大於擊穿電壓時，反向電流急劇增加。（2）反向特性1.2.2半導體二極體的伏安特性（1）最大整流電流IOM：指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。（2）反向擊穿電壓UB：指管子反向擊穿時的電壓值。（3）最大反向工作電壓UDRM：二極體運行時允許承受的最大反向電壓（約為UB的一半）。（4）最大反向電流IRM：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的