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半導體基礎(chǔ)

2023/7/162半導體基礎(chǔ)

介紹半導體的有關(guān)基礎(chǔ)知識，闡述PN結(jié)的原理及主要特性，

討論以PN結(jié)為基本結(jié)構(gòu)的雙極型晶體三級管（BJT）和場效應管

（FET）的工作原理、特性及主要參數(shù)。2023/7/1631.1半導體基礎(chǔ)知識半導體的概念：導電能力處于導體和絕緣體之間的材料；原子之間的共價鍵很弱。2023/7/164

現(xiàn)代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。GeSi鍺原子示意圖硅原子示意圖2023/7/1651.1.1本征半導體概念：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導體晶體。2023/7/166在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：2023/7/167硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)：共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子2023/7/168

共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子很少，所以本征半導體的導電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4圖1.1.12023/7/169本征激發(fā)：本征半導體中的價電子在受熱或者光照的情況下獲得能量從共價鍵中脫離出來成為自由電子的過程。

本征激發(fā)過程產(chǎn)生兩種載流子：①自由電子②空穴復合：自由電子落入空穴，使自由電子和空穴成對消失

的過程。2023/7/1610+4+4+4+4圖1.1.2自由電子空穴束縛電子本征激發(fā)過程：2023/7/1611本征半導體中載流子的濃度：式中：ni表示自由電子濃度，pi表示空穴的濃度；

A0是與半導體材料有關(guān)的常數(shù)；

k是波爾茲曼常數(shù)，k=8.63×10-5-1)；

Eg0是T=0K時的禁帶寬度。結(jié)論：本征半導體中的自由電子濃度和空穴濃度相同，

具體濃度值與半導體材料和溫度有很大關(guān)系。2023/7/16121.1.2雜質(zhì)半導體概念：摻入了雜質(zhì)元素的半導體。在本征半導體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。兩種類型的雜質(zhì)元素：①施主雜質(zhì)（高價元素，提

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