半导体基础知识(PN结).

1、半导体基础知识半导体基础知识 讲师：关海艳讲师：关海艳 2016.8内容提要内容提要1.1 什么是半导体什么是半导体1.2 本征本征半导体半导体1.3 杂质半导体杂质半导体1.4 PN结结1.5 PN结的整流特性结的整流特性1.1.什么是半导体什么是半导体半导体指常温下导电性能介于半导体指常温下导电性能介于导体导体与与绝缘体绝缘体之间的材料，之间的材料，常见的半导体材料有常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓硅、锗、砷化镓等。硅锗最为常用。等。硅锗最为常用。硅锗的原子结构示意图硅锗的原子结构示意图硅锗原子的硅锗原子的简化模型简化模型1.21.2本征半导体本征半导体本征半导体：完全不含杂质且无晶格缺陷

2、的纯净半本征半导体：完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体。导体。特点：电阻率大、导电性随特点：电阻率大、导电性随T T变化大，不能直接使用变化大，不能直接使用电子电子空位空位1.21.2本征半导体本征半导体加热加热光照光照电子电子空穴空穴载流子（运载电荷的粒子）载流子（运载电荷的粒子）本征激发本征激发总结：电子和空穴成对出现总结：电子和空穴成对出现 相遇复合成对消失相遇复合成对消失 当当T T一定时一定时n np p=n=nn n半导体和金属导电的本质区别半导体和金属导电的本质区别1.31.3杂质半导体杂质半导体在在本征半导体本征半导体硅或锗中硅或锗中掺入微量掺入微量的其它适当的其它适当元素元

3、素后形成后形成的半导体的半导体根据掺杂的不同，杂质半导体根据掺杂的不同，杂质半导体可以分为可以分为N N型半导体型半导体P P型半导体型半导体(1) N(1) N型半导体型半导体掺入五价杂质元素如（磷、砷）的杂质半导体掺入五价杂质元素如（磷、砷）的杂质半导体多出一多出一个电子个电子出现一个出现一个正离子正离子半导体中产生大量的半导体中产生大量的自由电子自由电子和和正离子正离子 小小 结结a.Na.N型半导体是在本征半导体中掺入少量的五价杂质元素形成型半导体是在本征半导体中掺入少量的五价杂质元素形成的。的。b.b.N N型半导体中产生大量的（自由）电子和正离子。型半导体中产生大量的（自由）电子和

4、正离子。c.c.电子是多数载流子，简称多子；空穴是少数载流子，简称电子是多数载流子，简称多子；空穴是少数载流子，简称少子。少子。d.d.因电子带负电，称这种半导体为因电子带负电，称这种半导体为N N（negativenegative）型半导体。）型半导体。e.e.因掺入的杂质给出电子，又称之为施主杂质。因掺入的杂质给出电子，又称之为施主杂质。负离子负离子空穴空穴（2 2）P P型半导体型半导体半导体中产生大量的半导体中产生大量的空穴空穴和和负离子负离子 小小 结结a.a.P P型半导体是在本征半导体中掺入少量的三价杂型半导体是在本征半导体中掺入少量的三价杂质元素形成的。质元素形成的。b.Pb.

5、P型半导体中产生大量的空穴和负离子。型半导体中产生大量的空穴和负离子。c.c.空穴是多数载流子，电子是少数载流子。空穴是多数载流子，电子是少数载流子。d.d.因空穴带正电，称这种半导体为因空穴带正电，称这种半导体为P P（positivepositive）型半导体。型半导体。e.e.因掺入的杂质接受电子，又称之为受主杂质。因掺入的杂质接受电子，又称之为受主杂质。 小小 结结f f. .对于杂质半导体，多子的浓度越高，少子的浓度对于杂质半导体，多子的浓度越高，少子的浓度就越低。就越低。多子的浓度多子的浓度等于所等于所掺杂质原子的浓度掺杂质原子的浓度，其，其所受温度影响小；少子是本征激发产生的，尽

6、管其所受温度影响小；少子是本征激发产生的，尽管其浓度低，但对温度非常敏感，这将影响半导体器件浓度低，但对温度非常敏感，这将影响半导体器件的性能。的性能。杂质半导体的转型杂质半导体的转型当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可将将N N型转为型转为P P型型当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可将将P P型转为型转为N N型型1.4 PN1.4 PN结的形成结的形成先以先以N N型半导体为基片，通过半导体扩散工艺，使型半导体为基片，通过半导体扩散工艺，使半导体一边形成半导体一边形成N N型区，一边形

7、成型区，一边形成P P型区型区在浓度差的作用下电子由在浓度差的作用下电子由N N区向区向P P区区扩散（扩散（先在交界面进先在交界面进行行）在浓度差的作用下空穴由在浓度差的作用下空穴由P P区向区向N N区扩散区扩散在浓度差的作用下，两边多子相互扩散，在在浓度差的作用下，两边多子相互扩散，在P P区和区和N N区交界面上，留下了一层不能移动的正、区交界面上，留下了一层不能移动的正、负离子。负离子。空间电荷区空间电荷区既既PNPN结结形成内电场形成内电场内电场方向内电场方向PNPN结阻碍多子扩散，加速少子漂移结阻碍多子扩散，加速少子漂移当扩散和漂移作用平衡时当扩散和漂移作用平衡时a.a.流过流过

8、PNPN结的净电流为零结的净电流为零b.PNb.PN结的厚度一定（约几个微米）结的厚度一定（约几个微米）c.c.接触点位一定（约零点几伏）接触点位一定（约零点几伏）1.5 PN1.5 PN结的整流特性结的整流特性1.PN1.PN结偏置结偏置PNPN结正向偏置结正向偏置当外加直流电压使当外加直流电压使PNPN结结P P型半导体型半导体的一端的点位高于的一端的点位高于N N型半导体一端的点位时，称型半导体一端的点位时，称PNPN结结正向偏置，简称正偏。正向偏置，简称正偏。PNPN结反向偏置结反向偏置当外加直流电压使当外加直流电压使PNPN结结N N型半导体型半导体的一端的点位高于的一端的点位高于P

9、 P型半导体一端的点位时，称型半导体一端的点位时，称PNPN结结反向偏置，简称反偏。反向偏置，简称反偏。内电场被内电场被削弱削弱多子进行扩散多子进行扩散PNPN结呈现低阻、结呈现低阻、导通状态导通状态内电场增强内电场增强不利于多子进行扩不利于多子进行扩散有利少子漂移散有利少子漂移PNPN结呈现高阻，截止状态结呈现高阻，截止状态少子的浓度主要和温度有关；少子的浓度主要和温度有关；反向电流反向电流和和反向电压反向电压几几乎无关，此电流称为乎无关，此电流称为反向饱和电流反向饱和电流，记为，记为Is s。IsIsPNPN结的整流特性曲线结的整流特性曲线反反向向击击穿穿 小小 结结a.Na.N型半导体是在本征半导体中掺入少量的五价杂质元素形成型半导体是在本征半导体中掺入少量的五价杂质元素形成的。的。b.b.N N型半导体中产生大量的（自由）电子和正离子。型半导体中产生大量的（自由）电子和正离子。c.c.电子是多数载流子，简称多子；空穴是少数载流子，简称电子是多数载流子，简称多