半导体的基本知识课件

半导体的基本知识

2.1.1

半导体材料典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。导电特点:1、其能力容易受温度、光照等环境因素影响2、掺杂可以显著提高导电能力

2.1.2

半导体的共价键结构

2.1.3

本征半导体本征半导体—化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。在T=0K和无外界激发时，不导电本征激发空穴——共价键中的空位。由热激发或光照而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。*半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑

2.1.4

杂质半导体N型半导体掺入五价杂质元素（如磷）P型半导体掺入三价杂质元素（如硼）自由电子＝多子空穴＝少子

空穴＝多子自由电子＝少子由热激发形成它主要由杂质原子提供空间电荷

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/cm3

3.杂质对半导体导电性的影响

本征半导体、本征激发

本节中的有关概念end自由电子空穴N型半导体、施主杂质(5价)P型半导体、受主杂质(3价)

多数载流子、少数载流子杂质半导体复合*半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑*半导体导电特点2：掺杂可以显著提高导电能力2.2PN结的形成及特性

2.2.1

PN结的形成

2.2.2

PN结的单向导电性

2.2.3

PN结的反向击穿

2.2.4

PN结的电容效应

2.2.1PN结的形成1、浓度差

多子的扩散运动2、扩散

空间电荷区

内电场3、内电场

少子的漂移运动

阻止多子的扩散4、扩散与漂移达到动态平衡载流子的运动：扩散运动——浓度差产生的载流子移动漂移运动——在电场作用下，载流子的移动P区N区扩散：空穴电子漂移：电子空穴形成过程可分成4步（动画）：内电场PN结形成的物理过程：

因浓度差

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

最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动

杂质离子形成空间电荷区

对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。扩散>

漂移否是宽2.2.2

PN结的单向导电性只有在外加电压时才…

扩散与漂移的动态平衡将…定义：加正向电压，简称正偏加反向电压，简称反偏

扩散>漂移大的正向扩散电流（多子）低电阻

正向导通

漂移>扩散很小的反向漂移电流（少子）高电阻

反向截止

2.2.2

PN结的单向导电性PN结特性描述其中PN结的伏安特性IS——反向饱和电流VT——温度的电压当量且在常温下（T=300K）1、PN结的伏安特性2、PN结方程特性平坦

反向截止一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的陡峭

电阻小正向导通正向：反向：近似非线性

2.2.3

PN结的反向击穿

当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。热击穿——不可逆

雪崩击穿

齐纳击穿

电击穿——可逆

2.2.4

PN结的电容效应

(1)势垒电容CB势垒电容示意图扩散电容示意图(2)扩散电容CD{end}2.3半导体二极管实物图片

2.3.1

半导体二极管的结构

2.3.2

二极管的伏安特性

2.3.3

二极管的参数半导体二极管图片

2.3.1

半导体二极管的结构

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。(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。(a)点接触型

二极管的结构示意图(3)平面型二极管

往往用于集成电路制造艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型(c)平面型(4)二极管的代表符号

2.3.2

二极管的伏安特性3、PN结方程（近似）硅二极管2CP10的V-I特性锗二极管2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向击穿特性Vth

=0.5V（硅）Vth=0.1V（锗）注意：1、死区电压（门坎电压）2、反向饱和电流 硅：