半导体的基础知识

1、1.1.1 本征半导体本征半导体 1.1.2 杂质半导体杂质半导体 1.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质导电能力介于导体和绝缘体之间的物质 1.1.1 本征半导体本征半导体 一、何谓半导体和本征半导体一、何谓半导体和本征半导体 常用：硅常用：硅 Si、锗、锗 Ge、砷化镓、砷化镓 GaAs 本征半导体本征半导体 纯净的具有晶体结构的半导体纯净的具有晶体结构的半导体 二、本征半导体的结构和导电机理二、本征半导体的结构和导电机理 硅硅(锗锗)的原子结构模型的原子结构模型 表示四价元素原子核和表示四价元素原子核和 内层电子所具有的净电荷内

2、层电子所具有的净电荷 硅硅(锗锗)的晶格结构示意图的晶格结构示意图 硅硅(锗锗)的晶格结构示意图的晶格结构示意图 二、本征半导体的结构和导电机理二、本征半导体的结构和导电机理 n共价键共价键 n本征激发，成对产生自本征激发，成对产生自 由电子和空穴由电子和空穴 n有两种载流子导电：空有两种载流子导电：空 穴带正电，电子带负电穴带正电，电子带负电 n复合复合 n动态平衡动态平衡 n温度一定时，自由电子温度一定时，自由电子- 空穴对的浓度一定。温空穴对的浓度一定。温 度升高或受光照时，载度升高或受光照时，载 流子浓度增大流子浓度增大 n常温下导电性能差常温下导电性能差 掺杂后的半导体称为杂质半导体

3、掺杂后的半导体称为杂质半导体 其导电能力大大增强，导电性能得到改善。其导电能力大大增强，导电性能得到改善。 掺入掺入五价五价杂质元素（如磷、砷、锑）杂质元素（如磷、砷、锑） N N型半导体型半导体 掺入掺入三价三价杂质元素（如硼、铝、铟）杂质元素（如硼、铝、铟） P P型半导体型半导体 1.1.2 杂质半导体杂质半导体 一、一、N N 型半导体的结构及导电机理型半导体的结构及导电机理 晶格结构晶格结构 n杂质离子不是载流子。杂质离子不是载流子。 n多子：自由电子；少子：空穴。多子：自由电子；少子：空穴。 n整个半导体呈电中性。整个半导体呈电中性。 电结构电结构 二、二、P P 型半导体的结构及

4、导电机理型半导体的结构及导电机理 晶格结构晶格结构 n多子：空穴；少子：自由电子。多子：空穴；少子：自由电子。 n整个半导体呈电中性。杂质离子不是载流子。整个半导体呈电中性。杂质离子不是载流子。 电结构电结构 三、杂质半导体的导电性能三、杂质半导体的导电性能 杂质半导体导电性能主要取决于多子浓度。杂质半导体导电性能主要取决于多子浓度。 多子浓度主要由掺杂浓度决定，其值较大且稳定，多子浓度主要由掺杂浓度决定，其值较大且稳定， 故杂质半导体导电性能得到显著改善。故杂质半导体导电性能得到显著改善。 少子对杂质半导体导电性能也有影响，少子对杂质半导体导电性能也有影响，由于少子由由于少子由 本征激发产生

5、，其大小随温度升高和光照而增大，故半本征激发产生，其大小随温度升高和光照而增大，故半 导体器件对温度、光照敏感，在应用中要注意温度、光导体器件对温度、光照敏感，在应用中要注意温度、光 照对半导体器件及其电路性能的影响。照对半导体器件及其电路性能的影响。 1.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 一、何谓一、何谓PN 结结 PN 结结 二、二、PN 结的形成结的形成 内电场阻碍扩散运动内电场阻碍扩散运动 促进漂移运动促进漂移运动 扩散运动扩散运动 载流子的扩散运动载流子的扩散运动 1.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 一、何谓一、何谓PN 结结 空间电荷区空间电荷区 内电场内

6、电场 空间电荷区及其内电场空间电荷区及其内电场 达到动态平衡，形成达到动态平衡，形成PN 结结 二、二、PN 结的形成结的形成 动态平衡时的动态平衡时的PN结中的结中的 载流子运动及电流载流子运动及电流 n动态平衡时：扩散电流动态平衡时：扩散电流 等于漂移电流，等于漂移电流，流过流过PNPN 结的总电流为零。空间结的总电流为零。空间 电荷区宽度一定，内电电荷区宽度一定，内电 场强度一定。场强度一定。 n接触电位差（或内建电接触电位差（或内建电 位差）的大小与半导体位差）的大小与半导体 材料、掺杂浓度和温度材料、掺杂浓度和温度 有关。有关。 三、三、PN 结的单向导电性结的单向导电性 加在加在P

7、N结上的电压称为偏置电压。结上的电压称为偏置电压。 若若P区接电位高端、区接电位高端、N区接电位低端，则称区接电位低端，则称PN结外结外 接正向电压或正向偏置，简称正偏。接正向电压或正向偏置，简称正偏。 PN结正偏时导通，呈现很小的结电阻，产生较大结正偏时导通，呈现很小的结电阻，产生较大 的正向电流；反偏时截止，呈现很大的结电阻，反向电的正向电流；反偏时截止，呈现很大的结电阻，反向电 流近似为零。流近似为零。这种单方向导通特性称为单向导电性。这种单方向导通特性称为单向导电性。 反之，若反之，若P区接电位低端、区接电位低端、N区接电位高端，则称区接电位高端，则称 PN结外接反向电压或反向偏置，简

8、称反偏。结外接反向电压或反向偏置，简称反偏。 PN 结为何具有单向导电性？结为何具有单向导电性？ 正向电流正向电流 IF I扩散 扩散 大 大 正偏时导通正偏时导通 反向饱和电流反向饱和电流 IR = I少子漂移 少子漂移 很小 很小 0 反偏时截止反偏时截止 请留意请留意 正、反偏的接法正、反偏的接法 四、四、PN结伏安特性表达式结伏安特性表达式 式中式中 ) 1(e T / S Uu Ii IS 反向饱和电流反向饱和电流 UT 温度电压当量温度电压当量 常温下（常温下（T=300K）: UT = 26mV q kT U T i P 区区 _ u P N 玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数 电子电荷量电子电荷量 了解本征半导体和杂质半导体的导电机理，掌握重要了解本征半导体和杂质半导体的导电机理，掌握重要 概念，理解半导体器件的性能受温度影响的原因。概念，理解半导体器件的性能受温度影响的原因。 2. 了解了解PN结的形成，结的形成，掌握掌握PN结的单向导电特性。结的单向导电特性。 主要要求：