半導(dǎo)體導(dǎo)機(jī)構(gòu)ppt課件

1、19-3 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1.1.電子和空穴電子和空穴 本征半導(dǎo)體是指純凈的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體是指純凈的半導(dǎo)體。 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能在導(dǎo)體與絕緣體之間。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能在導(dǎo)體與絕緣體之間。電子導(dǎo)電：導(dǎo)帶中的電子在外磁場(chǎng)中的定向運(yùn)動(dòng)。電子導(dǎo)電：導(dǎo)帶中的電子在外磁場(chǎng)中的定向運(yùn)動(dòng)?？昭▽?dǎo)電：滿帶中存在空穴的情況下，電子在滿空穴導(dǎo)電：滿帶中存在空穴的情況下，電子在滿帶內(nèi)的遷移，相當(dāng)于空穴沿相反方向運(yùn)動(dòng)?？昭◣?nèi)的遷移，相當(dāng)于空穴沿相反方向運(yùn)動(dòng)?？昭ㄏ喈?dāng)于帶正電的粒子。相當(dāng)于帶正電的粒子。 滿帶上的一個(gè)電子躍遷到導(dǎo)帶后滿帶上的一個(gè)電子躍遷到導(dǎo)帶后, ,滿滿帶中出現(xiàn)一個(gè)空位，稱為空穴

2、。帶中出現(xiàn)一個(gè)空位，稱為空穴。電子和空穴電子和空穴GaAs的掃描隧道顯微鏡圖象的掃描隧道顯微鏡圖象空帶空帶滿帶滿帶 滿帶上帶正電的滿帶上帶正電的空穴向下躍遷也能空穴向下躍遷也能形成電流形成電流, ,這稱為空這稱為空穴導(dǎo)電。穴導(dǎo)電。 Eg 在外電場(chǎng)作用下在外電場(chǎng)作用下, ,空穴下面能級(jí)上的電空穴下面能級(jí)上的電子可以躍遷到空穴上子可以躍遷到空穴上來來, , 這相當(dāng)于空穴向這相當(dāng)于空穴向下躍遷。下躍遷。電子和空穴電子和空穴2.2.雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響(1) n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 四價(jià)的本征半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體 SiSi、GeGe等，摻入少量等，摻入少量五價(jià)的雜質(zhì)元素如五價(jià)的雜質(zhì)元素如P P、AsAs

3、等形成電子型半等形成電子型半導(dǎo)體導(dǎo)體, ,稱稱 n n 型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的電子的能量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的電子的能級(jí)在禁帶中緊靠空帶處級(jí)在禁帶中緊靠空帶處, , EDED10-2eV10-2eV，極易形，極易形成電子導(dǎo)電。成電子導(dǎo)電。該能級(jí)稱為施主能級(jí)。該能級(jí)稱為施主能級(jí)。 n 型半導(dǎo)體 在在n型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中空空 帶帶滿滿 帶帶施主能級(jí)施主能級(jí)EDEgSiSiSiSiSiSiSiP空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子電子電子多數(shù)載流子多數(shù)載流子雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響(2) p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 四價(jià)的本征半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體SiSi、e e等，摻入少量三等，

4、摻入少量三價(jià)的雜質(zhì)元素價(jià)的雜質(zhì)元素( (如、如、GaGa、n n等等) )形成空穴型半形成空穴型半導(dǎo)體，稱導(dǎo)體，稱 p p 型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的空穴的能級(jí)量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的空穴的能級(jí)在禁帶中緊靠滿帶處，在禁帶中緊靠滿帶處，EDED10-2eV,10-2eV,極易產(chǎn)生空極易產(chǎn)生空穴導(dǎo)電。穴導(dǎo)電。該能級(jí)稱受主能級(jí)。該能級(jí)稱受主能級(jí)。雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響空空 帶帶Ea滿滿 帶帶受主能級(jí)受主能級(jí) P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體Eg在在p型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中電子電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子空穴空穴多數(shù)載流子多數(shù)載流子SiSiSiSiSiSiSiB+雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響3.

5、3.電阻率和溫度的關(guān)系電阻率和溫度的關(guān)系RT電阻與溫度的關(guān)系電阻與溫度的關(guān)系 導(dǎo)體的電阻率隨導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而增大。溫度的升高而增大。金屬金屬 半導(dǎo)體的電阻率半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而急劇隨溫度的升高而急劇地下降。由于半導(dǎo)體地下降。由于半導(dǎo)體中的電子吸收能量后，中的電子吸收能量后，受激躍遷到導(dǎo)帶的數(shù)受激躍遷到導(dǎo)帶的數(shù)目增多。目增多。 利用半導(dǎo)體的這種利用半導(dǎo)體的這種性質(zhì)可以制成熱敏電阻。性質(zhì)可以制成熱敏電阻。半導(dǎo)體半導(dǎo)體4.4.半導(dǎo)體的光電導(dǎo)現(xiàn)象半導(dǎo)體的光電導(dǎo)現(xiàn)象 半導(dǎo)體在光照射下，電子吸收能量后，向半導(dǎo)體在光照射下，電子吸收能量后，向?qū)кS遷。導(dǎo)電能力會(huì)增大，這種現(xiàn)象又稱為導(dǎo)帶躍遷

6、。導(dǎo)電能力會(huì)增大，這種現(xiàn)象又稱為內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)。 利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)現(xiàn)象可以制成光敏電阻。利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)現(xiàn)象可以制成光敏電阻。5. p-n5. p-n結(jié)結(jié) 使使p型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體相接觸，或在本征型半導(dǎo)體相接觸，或在本征半導(dǎo)體兩端各摻入施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)，它們交半導(dǎo)體兩端各摻入施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)，它們交界處的結(jié)構(gòu)稱為界處的結(jié)構(gòu)稱為p-n結(jié)。結(jié)。 P區(qū)空穴多電子少，區(qū)空穴多電子少，n區(qū)電子多空穴少，因此區(qū)電子多空穴少，因此p區(qū)中的空穴將向區(qū)中的空穴將向n區(qū)擴(kuò)散，區(qū)擴(kuò)散，n區(qū)的電子將向區(qū)的電子將向p區(qū)擴(kuò)區(qū)擴(kuò)散，在交界處形成正負(fù)電荷的積累層，在散，在交界處形成正負(fù)電荷的積累層

7、，在p區(qū)的一區(qū)的一側(cè)帶負(fù)電，在側(cè)帶負(fù)電，在n區(qū)的一側(cè)帶正電，這一電偶層形成區(qū)的一側(cè)帶正電，這一電偶層形成的電場(chǎng)將遏止電子和空穴的繼續(xù)擴(kuò)散，最后達(dá)到的電場(chǎng)將遏止電子和空穴的繼續(xù)擴(kuò)散，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。動(dòng)態(tài)平衡。 在在p-n結(jié)處形成一定的電勢(shì)差結(jié)處形成一定的電勢(shì)差 。0Up-n p-n 結(jié)結(jié)pnpn0UP-n結(jié)結(jié)0eUP-nP-n結(jié)的能帶情況結(jié)的能帶情況正向連接正向連接pn)(0UUe 當(dāng)當(dāng)p-n結(jié)正結(jié)正向連接時(shí)，外電向連接時(shí)，外電場(chǎng)方向與場(chǎng)方向與p-n結(jié)結(jié)中的電場(chǎng)方向相中的電場(chǎng)方向相反，結(jié)中電場(chǎng)減反，結(jié)中電場(chǎng)減弱，勢(shì)壘降低，弱，勢(shì)壘降低，擴(kuò)散增強(qiáng)，構(gòu)成擴(kuò)散增強(qiáng)，構(gòu)成正向電流。正向電流。p-n p-n 結(jié)結(jié) 當(dāng)當(dāng)p-n結(jié)反向連接結(jié)反向連接時(shí)，外電場(chǎng)方向與時(shí)，外電場(chǎng)方向與p-n結(jié)中的電場(chǎng)方向相同，結(jié)中的電場(chǎng)方向相同，結(jié)中電場(chǎng)增強(qiáng)，勢(shì)壘結(jié)中電場(chǎng)增強(qiáng)，勢(shì)壘升高，少數(shù)載流子在升高，少數(shù)載流子在電場(chǎng)作用下移動(dòng)形成電場(chǎng)作用下移動(dòng)形成反向電流。反向電流。np反向連接反向連接)(0UUe p-n p-n 結(jié)結(jié)P-nP-n結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性UI P-n結(jié)具有單向?qū)щ娦裕陔娐?/p>