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文档简介
半导体基础知识根据材料的导电能力,可以将他们划分为导体、绝缘体和半导体。半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间半导体材料有:硅Si、锗Ge、硒Se、砷化镓GaAs等。半导体具有以下特性:(1)热敏特性:温度升高,大多数半导体的电阻率下降。(2)光敏特性:许多半导体受到光照辐射,电阻率下降。(3)掺杂特性:当在纯净的半导体中掺入微量的其它杂质元素(如磷、硼等)时,其导电能力会增加几十万甚至几百万倍。半导体及其特性单晶体的晶格结构是完全对称,原子排列得非常整齐,故常称为晶体。本征半导体(Insrinsicsemiconductor):完全纯净、结构完整的半导体晶体本征半导体典型的半导体是硅Si和锗Ge,它们都是4价元素。硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。本征半导体Si硅原子Ge锗原子硅、
锗原子的简化模型半导体的共价键结构特点—在T=0K和无外界激发时,没有载流子,不导电。本征半导体两个价电子的共价键正离子核本征半导体本征激发:在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子,在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。载流子:自由运动的带电粒子电子空穴成对出现,数量少,当温度越高、光照越强时,载流子数越多。光敏性、热敏性自由电子空穴+自由电子(带负电)空穴(带正电)载流子N型半导体—本征半导体中掺入微量五价元素,如磷、砷(杂质)所构成。P型半导体—本征半导体中掺入微量三价元素,如棚、铟(杂质)所构成。本征半导体正离子多数载流子少数载流子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数
电子数负离子多数载流子少数载流子空穴—
多子电子—
少子载流子数
空穴数电中性载流子的运动:扩散运动——浓度差产生的载流子移动
P型半导体N型半导体PN结的形成多子:空穴多子:自由电子少子:自由电子少子:空穴载流子的运动:扩散运动——浓度差产生的载流子移动PN结的形成内电场载流子的运动:扩散运动——浓度差产生的载流子移动(多子)漂移运动——在电场作用下,载流子的移动(少子)PN结的形成内电场载流子的运动:扩散运动——浓度差产生的载流子移动(多子)漂移运动——在电场作用下,载流子的移动(少子)
PN结:是指P型半导体和N型半导体结合面,离子薄层形成的空间电荷区。在空间电荷区,由于缺少多子,所以也称耗尽层。PN结的形成内电场PN结正向偏置—外加正向电压(P+、N–)或VP>VN外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。扩散运动加强形成正向电流IF
=I多子
I少子
I多子(正向导通)PN结的单向导电性P区N区内电场+
UR外电场IF限流电阻PN结反向偏置—外加反向电压(P–、N+)或VP<VN外电场使多子背离PN结移动,空间电荷区变宽。漂移运动加强形成反向电流IR
=I少子
0(反向截止)PN结的单向导电性P区N区内电场
+UR外电场IRPN结的单向导电性:
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