半导体的基本知识课件

半導體的基本知識

2.1.1

半導體材料典型的半導體有矽Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。導電特點:1、其能力容易受溫度、光照等環境因素影響2、摻雜可以顯著提高導電能力

2.1.2

半導體的共價鍵結構

2.1.3

本征半導體本征半導體—化學成分純淨的半導體。它在物理結構上呈單晶體形態。在T=0K和無外界激發時，不導電本征激發空穴——共價鍵中的空位。由熱激發或光照而產生的自由電子和空穴對。空穴的移動——空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現的。空穴的移動——空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現的。*半導體導電特點1：其能力容易受溫度、光照等環境因素影響溫度↑→載流子濃度↑→導電能力↑

2.1.4

雜質半導體N型半導體摻入五價雜質元素（如磷）P型半導體摻入三價雜質元素（如硼）自由電子＝多子空穴＝少子

空穴＝多子自由電子＝少子由熱激發形成它主要由雜質原子提供空間電荷

摻入雜質對本征半導體的導電性有很大的影響，一些典型的數據如下:

T=300K室溫下,本征矽的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征矽的原子濃度:4.96×1022/cm3

3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3

。

2摻雜後N型半導體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3

3.雜質對半導體導電性的影響

本征半導體、本征激發

本節中的有關概念end自由電子空穴N型半導體、施主雜質(5價)P型半導體、受主雜質(3價)

多數載流子、少數載流子雜質半導體複合*半導體導電特點1：其能力容易受溫度、光照等環境因素影響 溫度↑→載流子濃度↑→導電能力↑*半導體導電特點2：摻雜可以顯著提高導電能力2.2PN結的形成及特性

2.2.1

PN結的形成

2.2.2

PN結的單向導電性

2.2.3

PN結的反向擊穿

2.2.4

PN結的電容效應

2.2.1PN結的形成1、濃度差

多子的擴散運動2、擴散

空間電荷區

內電場3、內電場

少子的漂移運動

阻止多子的擴散4、擴散與漂移達到動態平衡載流子的運動：擴散運動——濃度差產生的載流子移動漂移運動——在電場作用下，載流子的移動P區N區擴散：空穴電子漂移：電子空穴形成過程可分成4步（動畫）：內電場PN結形成的物理過程：

因濃度差

空間電荷區形成內電場

內電場促使少子漂移

內電場阻止多子擴散

最後,多子的擴散和少子的漂移達到動態平衡。多子的擴散運動

雜質離子形成空間電荷區

對於P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區稱為PN結。在空間電荷區，由於缺少多子，所以也稱耗盡層。擴散>

漂移否是寬2.2.2

PN結的單向導電性只有在外加電壓時才…

擴散與漂移的動態平衡將…定義：加正向電壓，簡稱正偏加反向電壓，簡稱反偏

擴散>漂移大的正向擴散電流（多子）低電阻

正嚮導通

漂移>擴散很小的反向漂移電流（少子）高電阻

反向截止

2.2.2

PN結的單向導電性PN結特性描述其中PN結的伏安特性IS——反向飽和電流VT——溫度的電壓當量且在常溫下（T=300K）1、PN結的伏安特性2、PN結方程特性平坦

反向截止一定的溫度條件下，由本征激發決定的少子濃度是一定的陡峭

電阻小正嚮導通正向：反向：近似非線性

2.2.3

PN結的反向擊穿

當PN結的反向電壓增加到一定數值時，反向電流突然快速增加，此現象稱為PN結的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆

2.2.4

PN結的電容效應

(1)勢壘電容CB勢壘電容示意圖擴散電容示意圖(2)擴散電容CD{end}2.3半導體二極體實物圖片

2.3.1

半導體二極體的結構

2.3.2

二極體的伏安特性

2.3.3

二極體的參數半導體二極體圖片

2.3.1

半導體二極體的結構

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極體。二極體按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1)點接觸型二極體PN結面積小，結電容小，用於檢波和變頻等高頻電路。(a)點接觸型

二極體的結構示意圖(3)平面型二極體

往往用於積體電路製造藝中。PN結面積可大可小，用於高頻整流和開關電路中。(2)面接觸型二極體PN結面積大，用於工頻大電流整流電路。(b)面接觸型(c)平面型(4)二極體的代表符號

2.3.2

二極體的伏安特性3、PN結方程（近似）矽二極體2CP10的V-I特性鍺二極體2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向擊穿特性Vth

=0.5V（矽）Vth=0.1V（鍺）注意：1、死區電壓（門檻電壓）2、反向飽和電流 矽：