数字电子技术基础-第3章 补充 半导体基础 20110309

,模电 第1章 半导体基础,1,1.1 半导体的基本知识,一、半导体,半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。常用的半电体材料为硅（Si）和锗（Ge），它们均为四价元素半导体具有特殊性质：光敏特性、热敏特性及掺杂特性等。,1.1.1 本征半导体,2,在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。,把纯净的没有结构缺陷的半导体单晶称为本征半导体,图1.2 本征半导体的共价键结构,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,二、本征半导体的结构,3,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,自由电子,空穴,成对出现,成对消失,本征激发和复合,三、本征半导体中的两种载流子,电子和空穴,4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,外电场方向,在外电场作用下，电子和空穴均能参与导电,价电子填补空穴,形成两种电流：电子电流，空穴电流,5,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,1.1.2 杂质半导体,一 . N 型半导体,在硅或锗的晶体中 掺入少量的五价元 素,如磷,则形成N型半导体。,多余价电子,自由电子,图1-4 N型半导体,6,N 型半导体结构示意图,在N型半导体中,电子是多数载流子（多子）, 空穴是少数载流子（少子），但仍是电中性,第1章 1.1,7,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,空穴,二. P型半导体,在硅或锗的晶体中掺入少量的三价元素,如硼,则形成P 型半导体。,+4,8,在P型半导中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。,9,一、PN 结的形成,在同一块半导体单晶上,形成P型半导体和N型半导体,在这两种半导体的交界处就形成了一个PN 结。,1.1.3 PN 结,多子扩散,少子漂移,内电场方向,空间电荷区,P 区,N 区,10,由于载流子的浓度差，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散。这种由于浓度差引起的运动称为扩散运动。,随着扩散运动的进行，N区出现正离子区，P区出现负离子区，这个不能移动的电荷区叫空间电荷区。因没有载流子，也叫耗尽层、势垒区、阻挡层。,11,由空间电荷区产生的、方向为N区指向P区的内建电场阻碍了扩散运动，同时使少子产生漂移运动，即N区的空穴向P区漂移， P区的电子向N区漂移。,当漂移运动和扩散运动达到动态平衡时，扩散电流等于漂移电流且方向相反，PN结中电流为零，PN结宽度及电位差Uho为恒定值。硅：（0.60.8）V；锗：（0.1 0.3）V。,12,二、 PN 结的特性,1、PN 结的单向导电性,是指PN结在不同极性的外加电压作用时，其导电能力有显著差异。,13,内电场方向,R,P 区,N 区,外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷,N区电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷,扩散运动增强，形成较大的正向电流,（1） 外加正向电压(正偏)（P端接电源正极）,PN结两端不能直接接电源两端。,14,P 区,N 区,内电场方向,R,（2） 外加反向电压(反偏) （N端接电源正极）,少数载流子越过PN结形成很小的反向电流,15,PN结的单向导电性,PN结正向偏置时靠多子导电，产生的正向电流数值较大,此时容易导电；PN结反向偏置时靠少子导电，产生的反向电流数值很小，几乎不导电。,16,2、PN结的伏安特性及其表达式,I为流过PN结的电流，U为PN结两端的外加电压。Is为反向饱和电流，UT 为“温度电压当量” ，常温时，UT 26mV,PN结的伏安特性是指PN结两端的外加电压与流过PN结的电流之间的关系曲线。,17,PN加正向电压，且UUT时，,PN加反向电压，且U UT时，,3、PN结的击穿特性,当PN结反向电压超过一定数值UBR后，反向电流急剧增加，该现象称为反向击穿， UBR称为反向击穿电压,19,雪崩击穿2. 齐纳击穿,当PN结反向电压增加时，可能会发生反向击穿。要保证PN结不因电流过