半導體基礎知識

1、半導體基礎知識        一:本征半導體純凈晶體結(jié)構(gòu)的半導體我們稱之為本征半導體。常用的半導體材料有：硅和鍺。它們都是四價元素，原子結(jié)構(gòu)的最外層軌道上有四個價電子，當把硅或鍺制成晶體時，它們是靠 共價鍵的作用而緊密聯(lián)系在一起。共價鍵中的一些價電子由于熱運動獲得一些能量，從而擺脫共價鍵的約束成為自由電子，同時在共價鍵上留下空位，我們稱這些空位為空穴，它帶正電。我們用晶體結(jié)構(gòu)示意圖來描述一下；如圖（1）所示：圖中的虛線代表共價鍵。  在外電場作用下，自由電子產(chǎn)生定向移動，形成電子電流；同時價電子

2、也按一定的方向一次填補空穴，從而使空穴產(chǎn)生定向移動，形成空穴電流。   因此，在晶體中存在兩種載流子，即帶負電自由電子和帶正電空穴，它們是成對出現(xiàn)的。二：雜質(zhì)半導體在本征半導體中兩種載流子的濃度很低，因此導電性很差。我們向晶體中有控制的摻入特定的雜質(zhì)來改變它的導電性，這種半導體被稱為雜質(zhì)半導體。1.N型半導體在本征半導體中，摻入5價元素，使晶體中某些原子被雜質(zhì)原子所代替，因為雜質(zhì)原子最外層有5各價電子，它與周圍原子形成共價鍵后，還多余一個自由電子，因此使其中的空穴的濃度遠小于自由電子的濃度。但是，電子的濃度與空穴的濃度的乘積是一個常數(shù)，與摻雜無關(guān)。 在N型半導體中

3、自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。2.P型半導體在本征半導體中，摻入3價元素，晶體中的某些原子被雜質(zhì)原子代替，但是雜質(zhì)原子的最外層只有3個價電子，它與周圍的原子形成共價鍵后，還多余一個空穴，因此使其中的空穴濃度遠大于自由電子的濃度。在P型半導體中，自由電子是少數(shù)載流子，空穴使多數(shù)載流子。三：異形半導體接觸現(xiàn)象在形成的PN結(jié)中，由于兩側(cè)的電子和空穴的濃度相差很大，因此它們會產(chǎn)生擴散運動：電子從N區(qū)向P區(qū)擴散；空穴從P去向N區(qū)擴散。因為它們都是帶電粒子，它們向另一側(cè)擴散的同時在N區(qū)留下了帶正電的空穴，在P區(qū)留下了帶負電的雜質(zhì)離子，這樣就形成了空間電荷區(qū)，也就是形成了電場(自建場).它們的形成

4、過程如圖（1），（2）所示 在電場的作用下，載流子將作漂移運動，它的運動方向與擴散運動的方向相反，阻止擴散運動。電場的強弱與擴散的程度有關(guān)，擴散的越多，電場越強，同時對擴散運動的阻力也越大，當擴散運動與漂移運動相等時，通過界面的載流子為0。此時，PN結(jié)的交界區(qū)就形成一個缺少載流子的高阻區(qū)，我們又把它稱為阻擋層或耗盡層。四：PN結(jié)的單向?qū)щ娦晕覀冊赑N結(jié)兩端加不同方向的電壓，可以破壞它原來的平衡，從而使它呈現(xiàn)出單向?qū)щ娦浴?.PN結(jié)外加正向電壓PN結(jié)外加正向電壓的接法是P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負極。這時外加電壓形成電場的方向與自建場的方向相反，從而使阻擋層變窄，擴散作用大于漂移作

5、用，多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域擴散形成正向電流，方向是從P區(qū)指向N區(qū)。如圖（1）所示這時的PN結(jié)處于導通狀態(tài)，它所呈現(xiàn)的電阻為正向電阻，正向電壓越大，電流也越大。它的關(guān)系是指數(shù)關(guān)系：                 其中：ID為流過PN結(jié)的電流，U為PN結(jié)兩端的電壓，UT=kT/q稱為溫度電壓當量，其中，k為波爾茲曼常數(shù)，T為絕對溫度，q為電子電量，在室溫下（300K）時UT=26mv，IS為反向飽和電流。這個公式我們要掌握好！2.PN結(jié)外加

6、反向電壓它的接法與正向相反，即P區(qū)接電源的負極，N區(qū)接電源的正極。此時的外加電壓形成電場的方向與自建場的方向相同，從而使阻擋層變寬，漂移作用大于擴散作用，少數(shù)載流子在電場的作用下，形成漂移電流，它的方向與正向電壓的方向相反，所以又稱為反向電流。因反向電流是少數(shù)載流子形成，故反向電流很小，即使反向電壓再增加，少數(shù)載流子也不會增加，反向電壓也不會增加，因此它又被稱為反向飽和電流。即：ID=-IS此時，PN結(jié)處于截止狀態(tài)，呈現(xiàn)的電阻為反向電阻，而且阻值很高。由以上我們可以看出：PN結(jié)在正向電壓作用下，處于導通狀態(tài)，在反向電壓的作用下，處于截止狀態(tài)，因此PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?#160; 它的電流和電

7、壓的關(guān)系通式為： 它被稱為伏安特性方程，如圖（3）所示為伏安特性曲線。五：三極管的結(jié)構(gòu)及類型通過工藝的方法,把兩個二極管背靠背的連接起來級組成了三極管。按PN結(jié)的組合方式有PNP型和NPN型，它們的結(jié)構(gòu)示意圖和符號圖分別為：如圖（1）、（2）所示不管是什麼樣的三極管，它們均包含三個區(qū)：發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)，同時相應的引出三個電極：發(fā)射極，基極，集電極。同時又在兩兩交界區(qū)形成PN結(jié)，分別是發(fā)射結(jié)和基點結(jié)。六：三極管的放大作用（這一問題是重點）我們知道，把兩個二極管背靠背的連在一起，是沒有放大作用的，要想使它具有放大作用，必須做到一下幾點：發(fā)射區(qū)中摻雜基區(qū)必須很薄基電結(jié)的面積應很大工作時：發(fā)射結(jié)應正向偏置，集電結(jié)應反向偏置載流子的傳輸過程： 因為發(fā)射結(jié)正向偏置，且發(fā)射區(qū)進行重摻雜，所以發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子擴散注入至基區(qū)，又由于集電結(jié)的反向作用，故注入至基區(qū)的載流子在基區(qū)形成濃度差，因此這些載流子從基區(qū)擴散至集電結(jié)，被電場拉至集電區(qū)形成集電極電流。而留在基區(qū)的很少，因為基區(qū)做的很薄。我們再用圖形來說明一下，如圖（3）所示：電流的分配關(guān)系由于載流子的運動，從而產(chǎn)生相應電流，它們的關(guān)系如下：