常用半导体器件原理1A本征半导体PPT课件

1、 1 第四章第四章 常用半导体器件原理常用半导体器件原理常用半导体器件原理常用半导体器件原理(1A)本征半导体本征半导体孙肖子西电丝绸之路云课堂西电丝绸之路云课堂 2 第四章第四章 常用半导体器件原理常用半导体器件原理2.1 半导体物理基础半导体物理基础2.2 晶体二极管及其应用晶体二极管及其应用2.3 晶体三极管原理、特性及参数晶体三极管原理、特性及参数2.4 场效应场效应管原理、特性及参数管原理、特性及参数2.5 晶体三极管及场效应管低频小信号模型晶体三极管及场效应管低频小信号模型 3 第四章第四章 常用半导体器件原理常用半导体器件原理2.1半导体物理基础半导体物理基础 半导体的导电能力随

2、半导体的导电能力随温度、光照和掺杂温度、光照和掺杂等因素发生显著等因素发生显著变化，这些特点使它们成为制作半导体元器件的重要材料。变化，这些特点使它们成为制作半导体元器件的重要材料。导体导体：对电信号有良好的导通性，如绝大多数金属，电解液，以及电离气体。：对电信号有良好的导通性，如绝大多数金属，电解液，以及电离气体。绝缘体绝缘体：对电信号起阻断作用，如玻璃和橡胶，其电阻率介于：对电信号起阻断作用，如玻璃和橡胶，其电阻率介于108 1020 m。 半导体半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅：导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅 (Si) 、锗、锗 (Ge) 和砷化镓和砷化镓 (GaAs)2.

3、1.1 半导体与绝缘体、导体的区别半导体与绝缘体、导体的区别绝缘体绝缘体半导体半导体导导 体体 4 第四章第四章 常用半导体器件原理常用半导体器件原理2.1.2本征半导体本征半导体 纯净的硅和锗单晶体称为本征半导体。纯净的硅和锗单晶体称为本征半导体。硅和锗的原子最外层轨道上都有四个电子，称为价电子，硅和锗的原子最外层轨道上都有四个电子，称为价电子，其物理化学性质很大程度上取决于最外层的价电子，所以研其物理化学性质很大程度上取决于最外层的价电子，所以研究中硅和锗原子可以用简化模型代表究中硅和锗原子可以用简化模型代表 。4 +4 带一个单位负电荷的价电子 最外层轨道 带四个单位正电荷的原子核部分

4、+14 +32 5 第四章第四章 常用半导体器件原理常用半导体器件原理每个原子最外层轨道上每个原子最外层轨道上的四个价电子为相邻原子核的四个价电子为相邻原子核所共有，形成共价键。共价所共有，形成共价键。共价键中的价电子是不能导电的键中的价电子是不能导电的束缚电子。束缚电子。 +4 价电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 共价键 当当价电子获得足够大的能量，挣脱共价键价电子获得足够大的能量，挣脱共价键的束缚，游离出去，成为自由电子，并在共价的束缚，游离出去，成为自由电子，并在共价键处留下带有一个单位的正电荷的空穴。这个键处留下带有一个单位的正电荷的空穴。这个过程称为本征激发。过程

5、称为本征激发。本征激发产生成对的自由电子和空穴，所本征激发产生成对的自由电子和空穴，所以本征半导体中自由电子和空穴的数量相等。以本征半导体中自由电子和空穴的数量相等。晶体结构晶体结构 空穴 +4 +4 +4 +4 自由电子 )()(TpTnii 6 第四章第四章 常用半导体器件原理常用半导体器件原理 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 空穴移动方向 价电子移动方向 本征半导体中出现了带负电的自本征半导体中出现了带负电的自由电子和带正电的空穴，二者都可由电子和带正电的空穴，二者都可以参与导电，统称为以参与导电，统称为载流子载流子。 自由电子和空穴在自由移动过程自由电子和空穴在自

6、由移动过程中相遇时，自由电子填入空穴，释放中相遇时，自由电子填入空穴，释放出能量，从而消失一对载流子，这个出能量，从而消失一对载流子，这个过程称为复合，过程称为复合，复合是激发的逆过程复合是激发的逆过程。 空穴 +4 +4 +4 +4 自由电子 6 7 第四章第四章 常用半导体器件原理常用半导体器件原理分别用分别用ni和和pi表示自由电子和空穴的浓度表示自由电子和空穴的浓度 (cm-3) ，kTEeTApn2230ii0G其中其中 T 为为绝对绝对温度温度 (K) ；EG0 为为T = 0 K时的禁带宽度，硅原子为时的禁带宽度，硅原子为1.21 eV，锗为，锗为0.78 eV；k = 8.63 10 5 eV / K为玻尔兹曼常数；为玻尔兹曼常数；A0为常数为常数 ,浓度与温度关系极大浓度与温度关系极大!7结论：结论：硅的温度稳定性比锗好硅的温度稳定性比锗好, 这是集成电路多用硅材料的重要原因！这是集成电路多用硅材料的重