半导体基础知识76654课件

１.１半导体基础知识

１、半导体的知识；２、掺质半导体；３、ＰＮ结的单向导电性；４、ＰＮ结的伏安特性。

重点：一、知识回顾１、信号２、电信号３、电子信息系统４、Multisim10软件介绍

１.１半导体基础知识

（一）、半导体（二）、掺杂半导体

（三）、ＰＮ结

１、物质的分类导体：导电性能很强，电阻率很小。如：硅、锗及一些金属氧化物。半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的那些物质。如：惰性气体、氦、氖等高分子物质：橡胶、塑料、玻璃等；陶瓷、云母等。绝缘体：即使外加很高的电压，也几乎没有电流通过。（按导电性能）如：铁、铝、铜、银、金等。２、半导体的独特性能(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)、和锗(Ge)

，和砷化镓(GaAs)等，它们的最外层电子（价电子）都是四个。3、本征半导体硅原子结构示意图锗原子图1–1硅和锗简化原子结构模型图1–2本征半导体共价键晶体结构示意图共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量,其中少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子,同时必然在共价键中留下空位,称为空穴。空穴带正电,如图1-３所示。图1–3本征半导体中的自由电子和空穴动画完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。

Si

Si

Si

Si价电子１、N型半导体

掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺入五价元素

Si

Si

Si

Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。

在N

型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。动画N型半导体多余电子磷原子硅原子+N型硅表示SiPSiSi图1-4N型半导体共价键结构N型半导体在本征半导体中,掺入微量５价元素,如磷、砷、锑等,则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。空穴P型半导体硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动P型半导体在本征半导体中,掺入微量３价元素,如硼、镓、铟等,则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。图1–5P型半导体的共价键结构（三）、ＰＮ结

１、ＰＮ结的形成；５、ＰＮ结的电容效应；２、ＰＮ结的单向导电性；３、ＰＮ结的电流方程４、ＰＮ结的伏安特性２、ＰＮ结的单向导电性

PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄

P接正、N接负外电场IF内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。

PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–动画动画PN结变宽PN结加反向电压（反向偏置）外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR

P接负、N接正温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。–+

PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－动画动画３、ＰＮ结的电流方程常温下，即Ｔ=300Ｋ时，ＵＴ≈26mＶ。５、ＰＮ结的电容效应PN结的结电容Ｃj=Ｃb+Ｃd

势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。势垒电容的示意图如下图。(1)势垒电容CB势垒电容示意图(2)扩散电容CD

扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在P区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。

扩散电容示意图反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示