半导体特性和晶体管工作原理

第二章半导体基本特性与晶体管工作原理

半导体的特性

PN结的形成第二章半导体特性和晶体管工作原理固体材料：超导体:大于106(cm)-1

导体:106~104(cm)-1

半导体:104~10-10(cm)-1

绝缘体:小于10-10(cm)-1？什么是半导体从导电特性和机制来分：不同电阻特性不同输运机制第二章半导体特性和晶体管工作原理1、半导体的晶体结构金刚石结构

半导体有元素半导体，如：Si、Ge化合物半导体，如：GaAs、InP、ZnS第二章半导体特性和晶体管工作原理价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带导带：0K条件下未被电子填充的能量最低的能带禁带：导带底与价带顶之间能带带隙：导带底与价带顶之间的能量差2、半导体的能带结构导带价带Eg第二章半导体特性和晶体管工作原理在0K时，导带中没有电子，当温度升高时晶格会发生热振动，价带中的电子在吸收了晶格离子热运动的能量后会大量跃入导带，导带中的自由电子数增加，导电率也增加。当价带中的电子跃入导带后，在价带中会留下一个没有电子的量子态，这种空的量子态就称为空穴第二章半导体特性和晶体管工作原理3.半导体中的载流子：能够导电的自由粒子本征半导体:n=p=ni第二章半导体特性和晶体管工作原理电子：Electron，带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子空穴：Hole，带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位。第二章半导体特性和晶体管工作原理4.半导体的掺杂BAs

受主掺杂

施主掺杂第二章半导体特性和晶体管工作原理施主和受主浓度：ND、NA施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中提供导电的电子，并成为带正电的离子。如在

Si中掺的P和As

。受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如在Si中掺的B。第二章半导体特性和晶体管工作原理本征载流子浓度：n=p=ninp=ni2 ni与禁带宽度和温度有关5.本征载流子本征半导体：没有掺杂的半导体本征载流子：本征半导体中的载流子载流子浓度

电子浓度n,

空穴浓度p第二章半导体特性和晶体管工作原理6.非本征半导体的载流子在非本征情形:

热平衡时:N型半导体：n大于pP型半导体：p大于n第二章半导体特性和晶体管工作原理多子：多数载流子

n型半导体：电子

p型半导体：空穴少子：少数载流子

n型半导体：空穴

p型半导体：电子第二章半导体特性和晶体管工作原理7.电中性条件:正负电荷之和为0p+Nd–n–Na=0施主和受主可以相互补偿p=n+Na–Ndn=p+Nd–Na第二章半导体特性和晶体管工作原理n型半导体：电子nNd

空穴pni2/Ndp型半导体：空穴pNa

电子nni2/Na第二章半导体特性和晶体管工作原理重点半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体载流子、电子、空穴、能带、导带、价带、禁带掺杂、施主、受主第二章半导体特性和晶体管工作原理据统计：半导体器件主要有67种，另外还有110个相关的变种所有这些器件都由少数基本模块构成：

pn结金属－半导体接触

MOS结构异质结超晶格半导体器件物理基础第二章半导体特性和晶体管工作原理PN结的结构把P型半导体和N型半导体结合起来就形成PN结PN结具有半导体没有的一些特性NP第二章半导体特性和晶体管工作原理1.PN结的形成NP空间电荷区XM空间电荷区－耗尽层XNXP空间电荷区为高阻区，因为缺少载流子载流子的输运：扩散—从高浓度向低浓度运动电子：N→P空穴：P→N漂流—在电场作用下运动电子：P→N空穴：N→P第二章半导体特性和晶体管工作原理2.

平衡的PN结：没有外加偏压载流子漂移(电流)和扩散(电流)过程保持平衡(相等)，形成自建场和自建势第二章半导体特性和晶体管工作原理3.正向偏置的PN结情形正向偏置时，扩散大于漂移空穴：正向电流：电子：扩散N区P区漂移N区P区扩散漂移NP第二章半导体特性和晶体管工作原理4.PN结的反向特性N区P区空穴：电子：N区P区扩散扩散漂移漂移反向电流：反向偏置时，漂移大于扩散NP第二章半导体特性和晶体管工作原理5.PN结的特性单向导电性：正向偏置反向偏置正向导通，多数载流子扩散电流反向截止，少数载流子漂移电流正向导通电压Vbi~0.7V(Si)反向击穿电压Vrb第二章半导体特性和晶体管工作原理PN结的击穿雪崩击穿

PN结反向电压增大到某一数值时，载流子倍增就像雪崩一样增