模擬電子技術(shù)項(xiàng)目化教程（第2版）課件 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識

半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間半導(dǎo)體材料有：硅Si、鍺Ge、硒Se、砷化鎵GaAs等。半導(dǎo)體具有以下特性：（1）熱敏特性：溫度升高，大多數(shù)半導(dǎo)體的電阻率下降。（2）光敏特性：許多半導(dǎo)體受到光照輻射，電阻率下降。（3）摻雜特性：當(dāng)在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的其它雜質(zhì)元素（如磷、硼等）時，其導(dǎo)電能力會增加幾十萬甚至幾百萬倍。半導(dǎo)體及其特性單晶體的晶格結(jié)構(gòu)是完全對稱，原子排列得非常整齊，故常稱為晶體。本征半導(dǎo)體（Insrinsicsemiconductor）：完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體本征半導(dǎo)體典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價元素。硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為價電子。本征半導(dǎo)體Si硅原子Ge鍺原子硅、

鍺原子的簡化模型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)—在T=0K和無外界激發(fā)時，沒有載流子，不導(dǎo)電。本征半導(dǎo)體兩個價電子的共價鍵正離子核本征半導(dǎo)體本征激發(fā)：在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。載流子：自由運(yùn)動的帶電粒子電子空穴成對出現(xiàn)，數(shù)量少，當(dāng)溫度越高、光照越強(qiáng)時，載流子數(shù)越多。光敏性、熱敏性自由電子空穴＋自由電子(帶負(fù)電)空穴(帶正電)載流子N型半導(dǎo)體—本征半導(dǎo)體中摻入微量五價元素，如磷、砷（雜質(zhì)）所構(gòu)成。P型半導(dǎo)體—本征半導(dǎo)體中摻入微量三價元素，如棚、銦（雜質(zhì)）所構(gòu)成。本征半導(dǎo)體正離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子載流子數(shù)

電子數(shù)負(fù)離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子空穴—

多子電子—

少子載流子數(shù)

空穴數(shù)電中性載流子的運(yùn)動：擴(kuò)散運(yùn)動——濃度差產(chǎn)生的載流子移動

P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體PN結(jié)的形成多子：空穴多子：自由電子少子：自由電子少子：空穴載流子的運(yùn)動：擴(kuò)散運(yùn)動——濃度差產(chǎn)生的載流子移動PN結(jié)的形成內(nèi)電場載流子的運(yùn)動：擴(kuò)散運(yùn)動——濃度差產(chǎn)生的載流子移動（多子）漂移運(yùn)動——在電場作用下，載流子的移動（少子）PN結(jié)的形成內(nèi)電場載流子的運(yùn)動：擴(kuò)散運(yùn)動——濃度差產(chǎn)生的載流子移動（多子）漂移運(yùn)動——在電場作用下，載流子的移動（少子）

PN結(jié)：是指P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。PN結(jié)的形成內(nèi)電場PN結(jié)正向偏置—外加正向電壓（P+、N–）或VP>VN外電場使多子向PN結(jié)移動，中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。擴(kuò)散運(yùn)動加強(qiáng)形成正向電流IF

=I多子

I少子

I多子(正向?qū)?PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮區(qū)N區(qū)內(nèi)電場+

UR外電場IF限流電阻PN結(jié)反向偏置—外加反向電壓（P–、N+）或VP<VN外電場使多子背離PN結(jié)移動，空間電荷區(qū)變寬。漂移運(yùn)動加強(qiáng)形成反向電流IR

=I少子

0(反向截止)PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮區(qū)N區(qū)內(nèi)電場

+UR外電場IRPN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?/p>