半导体基本知识课件

半导体的基本知识1.本征半导体及其导电性2.杂质半导体3.杂质对导电性的影响

根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。

典型的半导体有硅SiGe以及砷化镓GaAs等。1.本征半导体及其导电性

(1)本征半导体的共价键结构(2)电子空穴对

(3)空穴的移动

本征半导体——化学成分纯净的半导体。

(1）本征半导体的共价键结构基本概念：价电子共价键结构

图1硅原子空间排列及共价键结构平面示意图

(a)硅晶体的空间排列(b)共价键结构平面示意图(c)

(3)空穴的移动

自由电子和空穴的定向运动形成了电流图3空穴在晶格中的移动在本征半导体中：1、电子、空穴成对出现2、均参与导电

3、电子、空穴对的数目与温度成指数关系2.杂质半导体(1)N型半导体(2)P型半导体杂质半导体：本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质(2)P型半导体

P型半导体(空穴型半导体):

在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟。图5P型半导体的结构示意图在杂质半导体中：N型：电子数（n）>空穴数（p）P型：空穴数（p）>电子数（n）3.杂质对半导体导电性的影响

掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:

T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子浓度:

4.96×1022/cm3

3以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。

2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:

n=5×1016/cm31.

PN结的形成

本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。在结合面上形成PN结。图6PN结的形成过程

最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。

因浓度差

多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区

空间电荷区形成内电场

内电场促使少子漂移

内电场阻止多子扩散

PN结形成过程：2.PN结的单向导电性（1）什么是单向导电性（2）单向导电性的机理

(2)PN结加反向电压时的导电情况

本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流

图8PN结加反向电压时的导电情况PN结呈现高阻性扩散电流减小加强了内电场外加的反向电压PN结内电场3.PN结的电容效应1.势垒电容CB2.扩散电容CD

(1)势垒电容CB图9势垒电容示意图外加电压变化空间电荷区的厚度改变

在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。它们的结构示意图如图01.11（a）、（b）、（c）所示。(1)

点接触型二极管——PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。(2)

面接触型二极管——PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(3)

平面型二极管—往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。双极型半导体三极管1、双极型半导体三极管的结构2、双极型半导体三极管电流的分配与控制3、双极型半导体三极管的电流关系1、发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。2、发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低;集电结面积大;基区要制造得很薄。图：三极管符号2.三极管的电流分配与控制图三极管的电流传输关系放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。工作时一定要加上适当的直流偏置电压。

IE=IEN+IEP且有IEN>>IEP

IEN=ICN+IBN且有IEN>>IBN，ICN>>IBN

IC=ICN+ICBO

IB=IEP+IBN－ICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN

=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)

IE=IC+IB(2)三极管的电流放大系数称为共基极直流电流放大系数。IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO因≈1,所以>>1定义:=IC/IB=(ICN+ICBO)/IB称为共发射极接法直流电流放大系数。于是2.金属氧化物半导体三极管MOSFET

1.结型场效应三极管JFET

增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道场效应半导体三极管

(1)N沟道增强型MOSFET结构

图N沟道增强型MOSFET结构示意图工作原理

1．栅源电压VGS的控制作用(2)0＜VGS＜VT

VT称为开启电压(3)VGS＞VT(1)VGS=0反型层增强型MOS管2．漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用VDS=VDG＋VGS

=－VGD＋VGS

VGD=VGS－VDS漏源电压VDS对沟道的影响(1)VDS为0或较小时(VGS＞VT)(2)VDS增加

VGD=VT

(3)VDS增加VGDVT

(1)VDS>0，VGS=0，ID不等于0。（2）VGS＞0时，ID。（3）V