第3章补充半导体基础03

模电第1章半导体基础11.1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硅原子价电子+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自由电子空穴本征激发复合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外电场方向空穴移动方向

电子移动方向

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+4硼原子填补空位+3负离子8电子是少数载流子负离子空穴是多数载流子在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。1.1.3PN

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：（0.6～0.8）V；锗：（0.1～0.3）V。12内电场方向二、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E外电场方向RIP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空间电荷区变窄

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。14P区N区内电场方向ER空间电荷区变宽外电场方向IR（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15PN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。162、PN结的伏安特性及其表达式I/mAU/VI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≈26mVPN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。17PN加正向电压，且U>>UT时，PN加反向电压，且

U

>>UT时，I/mAU/V3、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