沈陽航空航天大學(xué)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性課件

第14章

半導(dǎo)體器件

常用的半導(dǎo)體器件有二極管、雙極型晶體管和場(chǎng)效晶體管等。它們的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和參數(shù)是學(xué)習(xí)電子技術(shù)和分析電子電路必不可少的基礎(chǔ)，而PN結(jié)又是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的共同基礎(chǔ)。這里從半導(dǎo)體導(dǎo)電特性和PN結(jié)單向?qū)щ娞匦蚤_始討論，然后介紹幾種常用的半導(dǎo)體器件，為學(xué)習(xí)電子技術(shù)打下基礎(chǔ)?！?4.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料。常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硒及許多金屬的氧化物和硫化物等。半導(dǎo)體材料多以晶體的形式存在。半導(dǎo)體材料的特性：純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差；溫度升高——導(dǎo)電能力增強(qiáng)；光照增強(qiáng)——導(dǎo)電能力增強(qiáng)；摻入少量雜質(zhì)——導(dǎo)電能力增強(qiáng)。熱敏特性光敏特性摻雜特性本征半導(dǎo)體——完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體14.1.1本征半導(dǎo)體常用的半導(dǎo)體為硅(Si)和鍺(Ge)。其共同特征是四價(jià)元素，每個(gè)原子最外層電子數(shù)為4。++SiGe金剛石結(jié)構(gòu)提純的硅材料可形成單晶——單晶硅相鄰原子由外層電子形成共價(jià)鍵價(jià)電子受到激發(fā)，形成自由電子并留下空穴。半導(dǎo)體中的自由電子和空穴都能參與導(dǎo)電。半導(dǎo)體具有兩種載流子。而金屬中只有一種載流子。自由電子和空穴同時(shí)產(chǎn)生價(jià)電子硅原子實(shí)空穴自由電子復(fù)合：自由電子與空穴復(fù)合，載流子消失。(1)本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)也是成對(duì)消失的。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生與復(fù)合會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。載流子濃度與溫度有關(guān)。溫度愈高，導(dǎo)電性能愈好——半導(dǎo)體器件的溫度特性很強(qiáng)。(2)半導(dǎo)體中的價(jià)電子還會(huì)受到光照而激發(fā)形成自由電子并留下空穴。光強(qiáng)增大，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力增強(qiáng)。故半導(dǎo)體器件對(duì)光照很敏感。(3)雜質(zhì)原子對(duì)導(dǎo)電性能的影響將在下面介紹。14.1.2N型半導(dǎo)體和P型半體(1)本征半導(dǎo)體與摻雜半導(dǎo)體在常溫下，本征半導(dǎo)體的兩種載流子數(shù)量極少，導(dǎo)電能力相當(dāng)?shù)?。如果在半?dǎo)體晶體中摻入微量雜質(zhì)元素，將得到摻雜半導(dǎo)體?！獙?dǎo)電能力大大提高。例如，在硅單晶摻入10-6濃度的硼原子后，摻雜硅的電阻率就從大約2×103Ω·m減小到2×10-3Ω·m。由于雜質(zhì)元素的性質(zhì)不同，摻雜半導(dǎo)體可分為兩大類——N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。(2)

N型半導(dǎo)體P+在硅或鍺的晶體中摻入微量磷(五價(jià)元素)原子。磷原子與相鄰四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，最外層將有9個(gè)電子，其中一個(gè)將形成激發(fā)態(tài)的自由電子。SiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi多余電子摻入磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶體中，自由電子將是多數(shù)載流子。這種半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體或N(Negtive)型半導(dǎo)體。室溫情況下，本征硅中n0=p0~1.51010/cm3。且n·p=2.21020/cm3。當(dāng)磷摻雜量在10–6量級(jí)時(shí)，電子載流子數(shù)目將增加幾十萬倍。(3)P型半導(dǎo)體當(dāng)在硅或鍺的晶體中摻入微量硼(三價(jià)元素)原子，硼原子與周圍的四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，其外層電子數(shù)將是7，可形成一個(gè)空穴。B+SiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSi空穴摻硼半導(dǎo)體中，空穴的數(shù)目遠(yuǎn)大于自由電子的數(shù)目。空穴為多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子，這種半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體或

P(Positive)型半導(dǎo)體。一般情況下，摻雜半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量可達(dá)到少數(shù)載