沈阳航空航天大学半导体的导电特性课件

第14章

半导体器件

常用的半导体器件有二极管、双极型晶体管和场效晶体管等。它们的基本结构、工作原理、特性和参数是学习电子技术和分析电子电路必不可少的基础，而PN结又是构成各种半导体器件的共同基础。这里从半导体导电特性和PN结单向导电特性开始讨论，然后介绍几种常用的半导体器件，为学习电子技术打下基础。§14.1半导体的导电特性半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的材料。常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。半导体材料的特性：纯净半导体的导电能力很差；温度升高——导电能力增强；光照增强——导电能力增强；掺入少量杂质——导电能力增强。热敏特性光敏特性掺杂特性本征半导体——完全纯净、具有晶体结构的半导体14.1.1本征半导体常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。其共同特征是四价元素，每个原子最外层电子数为4。++SiGe金刚石结构提纯的硅材料可形成单晶——单晶硅相邻原子由外层电子形成共价键价电子受到激发，形成自由电子并留下空穴。半导体中的自由电子和空穴都能参与导电。半导体具有两种载流子。而金属中只有一种载流子。自由电子和空穴同时产生价电子硅原子实空穴自由电子复合：自由电子与空穴复合，载流子消失。(1)本征半导体中的自由电子和空穴是成对出现也是成对消失的。在一定温度下，载流子的产生与复合会达到动态平衡。载流子浓度与温度有关。温度愈高，导电性能愈好——半导体器件的温度特性很强。(2)半导体中的价电子还会受到光照而激发形成自由电子并留下空穴。光强增大，半导体导电能力增强。故半导体器件对光照很敏感。(3)杂质原子对导电性能的影响将在下面介绍。14.1.2N型半导体和P型半体(1)本征半导体与掺杂半导体在常温下，本征半导体的两种载流子数量极少，导电能力相当低。如果在半导体晶体中掺入微量杂质元素，将得到掺杂半导体。——导电能力大大提高。例如，在硅单晶掺入10-6浓度的硼原子后，掺杂硅的电阻率就从大约2×103Ω·m减小到2×10-3Ω·m。由于杂质元素的性质不同，掺杂半导体可分为两大类——N型半导体和P型半导体。(2)

N型半导体P+在硅或锗的晶体中掺入微量磷(五价元素)原子。磷原子与相邻四个硅原子形成共价键，最外层将有9个电子，其中一个将形成激发态的自由电子。SiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi多余电子掺入磷杂质的硅半导体晶体中，自由电子将是多数载流子。这种半导体称为电子型半导体或N(Negtive)型半导体。室温情况下，本征硅中n0=p0~1.51010/cm3。且n·p=2.21020/cm3。当磷掺杂量在10–6量级时，电子载流子数目将增加几十万倍。(3)P型半导体当在硅或锗的晶体中掺入微量硼(三价元素)原子，硼原子与周围的四个硅原子形成共价键，其外层电子数将是7，可形成一个空穴。B+SiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSi空穴掺硼半导体中，空穴的数目远大于自由电子的数目。空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，这种半导体称为空穴型半导体或

P(Positive)型半导体。一般情况下，掺杂半导体中多数载流子的数量可达到少数载