现代电子线路02半导体性质ppt课件

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现代电子线路02半导体性质

现代电子线路02半导体性质

+4
束缚电子
+4
空穴 自由电子
在室温(300K)下,由于热激发,会使一些价电子获 得足够的能量而挣脱共价键的束缚,成为自由电子 (free electron),这种现象称为本征激发(intrinsic excitation)。
价电子成为自由电子后,共价键中就留下一个空位, 这个空位称为空穴(hole)。空穴的出现是半导体区 别于导体的一个重要特点。
价电子
Si
Ge
2020/10/2
硅原子
School of Physics, Peking University
锗原子
第二章 No.4
通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。 完全纯净的、结构完整的半导体晶体,称为本征半导体。
在硅和锗的本征半导体中,
每个原子与其相临的原子
之间形成共价键,共用一
对价电子。
N型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷 (或锑),取代晶体点阵中的某些半导体
+4
+4
原子,磷原子的最外层有五个价电子,其
中四个与相临的半导体原子形成共价键,
而多余的一个价电子因无共价键束缚而很
容易被激发而形成自由电子。
+5
+4
在N型半导体中自由电子是多数载流子 (majority carrier),它主要由杂质原 子提供;空穴是少数载流子(minority carrier), 由热激发形成。
(conductor)、绝缘体(insulator)和半导体。
绝缘体
半导体
导体
1020 1016 1014 1012 106 104
石云 橡硬纯硅
英母 胶玻水、

半导体基本知识(PPT课件)

半导体基本知识(PPT课件)

例开关电路如图所示.输入信号U1是幅值为5V频率为 1KHZ的脉冲电压信号.已知 β=125,三极管饱和时 UBE=0.7V,UCES=0.25V.试分析电路的工作状态和输出电压 的波形
三极管的三种接法
• 共射极电路: • 共基极电路: • 共集极电路(射极跟随器)
MOS场效应管
• 压控电流源器件 • 分类:
• 难点:
– 1、载流子运动规律与器件外部特性的关系。 只须了解,不必深究
半导体基本知识
• 半导体:
– 定义:导电性能介于导体和绝缘之间的物质 – 材料:常见硅、锗 – 硅、锗晶体的每个原子均是靠共价键紧密
结合在一起。
本征半导体
• 本征半导体:纯净的半导体。0K时,价电子
不能挣脱共价键而参与导电,因此不导电。随 T上升晶体中少数的价电子获得能量。挣脱共 价键束缚,成为自由电子,原来共价键处留下 空位称为空穴。空穴与自由电子统称载流子。 • 自由电子:负电荷 • 空穴:正电荷 • 不导电– 增强源自、耗尽型 – PMOS管、NMOS管
• 特性曲线
– 转移特性曲线 – 输出特性曲线
MOS场效应管的主要参数
• 直流参数:
– 开启电压 UTN,UTP – 输入电阻 rgs
• 交流参数:
– 跨导gm – 导通电阻Rds – 极间电容
例NMOS管构成反相器如图示,其主要参数为UTN=2.0V, gM=1.3MA/V,rDS(ON)=875,电源电压UC=12V。输入脉 冲电压源辐值为5V,频率为1KHZ。试分析电路的工作状 态及输出电压UO的波形。
限幅电路如图示:假设输入UI为一周期性矩形 脉冲,低电压UIL=-5V,高电压UIH=5V。
• 当输入UI为-5V时,二极管D截止, • 视为“开路”,输出UO=0V。 • 当输入UI为+5V时,二极管D导通, • 由于其等效电阻RD相对于负载电 • 阻R的值小得多,故UI基本落在R上, • 即UO=UI=+5V。

半导体中的基本性质-PPT

半导体中的基本性质-PPT

Potential Energy, E(r)
Attraction
FA = Attractive force FN = Net force
ER = Repulsive PE E = Net PE
0
ro
0
Interatomic separation, r
Eo
ro
r
Attraction
Repulsion
FR = Repulsive force
进一步的研究显示,可以根据导电能 力的温度依赖特征更好地区分金属、
半导体、超导体
不同的电阻温 度特性,说明 不同材料之间 具有不同的导 电机制
半导体与金属
的电阻率独特
的温度特性,
Si
常被用来鉴别
半导体材料与
金属。
•真正了解半导体的性质和特征,需要从能带论出发
北北京京大大学学 微微电电子子学学研研究究所所
北北京京大大学学 微微电电子子学学研研究究所所
2.1.4 晶体的晶面(实例)
z x
(010) (010)
z
(010) (010)
(010)
y
x
(001)
y
(110)
(100)
z
z
(110)
(111)
–y
y
x
x –z
(b) Various planes in the cubic lattice
(111)
化合物半导体的闪锌矿晶体结构
S a
Zn a
a
北北京京大大学学 微微电电子子学学研研究究所所
第二章 半导体中的基本性质
半导体材料的结构和性质之间存在相似性(四面体结构),这 种相似性与什么有关?答案是:与原子之间的相互作用有关。

《半导体的基本知识》PPT课件

《半导体的基本知识》PPT课件
2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3
杂质半导体中,尽管掺入的杂质浓度很小, 但通常由杂质原子提供的载流子数却远大于本征
载流子数。
整理ppt
1.1.2 杂质半导体
4.杂质半导体的性质:
1.杂质半导体保持电中性 多子电荷总量=少子+离子电荷总量。
2.载流子仍为自由电子和空穴. 3.掺入杂质后,载流子浓度大大增加,导电能力 增强.多子的浓度主要由掺杂浓度决定,所以受温度影 响小.
导体--铁、铝、铜等金属元素等低价元素,其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动,形成电流。
绝缘体--惰性气体、橡胶等,其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强,只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。
半导体--硅(Si)、锗(Ge),均为四价元素,它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
整理ppt
1.1.2 杂质半导体
• 半导体特性
掺杂特性 掺入杂质则导电率增加几百倍
热敏特性 温度增加使导电率大为增加
半导体器件 热敏器件
光敏特性 光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势
本小 节的 有关 概念
•本征半导体、杂质半导体 •施主杂质、受主杂质 •N型半导体、P型半导体 •自由电子、空穴 •多数载流子、少数载流子
磷(P)
整理ppt
1.1.2 杂质半导体
N 型半导体中的载流子是什么?
1.由施主原子提供的电子,浓度与施主原子相同。 2.本征激发成对产生的电子和空穴。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以, 自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多 数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少 子)。
# 正离子不能自由运动,不能自由运动参加导电,不是载流子。

半导体的基础知识与PN结(ppt 24页)

半导体的基础知识与PN结(ppt 24页)

2、 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素,如 硼、镓、铟等,即构成 P 型半导体(或称空穴型半导 体)。
空穴浓度多于自由电子浓度 空穴为多数载流子(简称多子), 电子为少数载流子(简称少子)。
+3
(本征半导体掺入 3 价元素后,原来 晶体中的某些硅原子将被杂质原子 代替。杂质原子最外层有 3 个价电 子,3与硅构成共价键,多余一个空 穴。)
扩散运动使空间电荷区增大,扩散电流逐渐减小;
随着内电场的增强,漂移运动逐渐增加;
当扩散电流与漂移电流相等时,PN 结总的电流等于零, 空间电荷区的宽度达到稳定。
即扩散运动与漂移运动达到动态平衡时,形成PN结。
P
PN结
N
二、 PN 结的单向导电性 空间电荷区变窄,有利
1. PN结 外加正向电压时处于导通于状扩态散运动,电路中有
外电场使空间电荷区变宽;
不利于扩散运动,有利于漂移运动,漂移电流大于扩 散电流,电路中产生反向电流 I ;
由于少数载流子浓度很低,反向电流数值非常小。
P
耗尽层
N
IS
内电场方向
外电场方向
V
R
图 1.1.7 PN 结加反向电压时截止
反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感,
随着温度升高, IS 将急剧增大。
P
空间电荷区
N
—— PN 结,耗 尽层。
(动画1-3)
3. 空间电荷区产生内电场
空间电荷区正负离子之间电位差 Uho —— 内电场; 内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层。
4. 漂移运动 内电场有利 于少子运动—漂 移。
少子的运动 与多子运动方向 相反
阻挡层

半导体的基本知识.ppt

半导体的基本知识.ppt
绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间,称为半导体,如硅、锗、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
2.1 半导体的基本知识
半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具 有不同于其它物质的特点。例如:
• 当受外界热和光的作用时,它的导电能 力明显变化。
在 P 型半导体中,空 穴是多数载流子;自由电 子是少数载流子。
空穴
+4
+4
+3
+4
空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负 离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。
3.杂质半导体的示意表示法
---- - - ---- - - ---- - - ---- - -
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体:在本征半导体中掺入五价元素 ,
如磷、砷等,就会构成 N 型半导体。
P型半导体:在硅或锗的晶体中掺入少量的三
价杂质元素,如硼、镓、铟等,就会构成 P 型半导体。
1. N型半导体
因五价杂质原子中只有四个价电子 能与周围四个半导体原子中的价电子形 成共价键,而多余的一个价电子因无共 价键束缚而很容易形成自由电子。
载流子浓度分布的不均匀引起的定向 运动称为扩散运动。相应产生的电流称为 扩散电流。
小结
1. 半导体是依靠自由电子和空穴两种载流子导电的。
2. 掺入不同杂质,形成N型和P型两种杂质半导体。 N型半导体:多子是自由电子,少子是空穴; P型半导体:多子是空穴,少子是自由电子。

20-半导体基础知识PPT模板

20-半导体基础知识PPT模板

电工电子技术
半导体之所以被作为制造电子器件的主要材料在于它 具有热敏性、光敏性和掺杂性。
热敏性:是指半导体的导电能力随着温度的升高而迅 速增加的特性。利用这种特性可制成各种热敏元件,如热 敏电阻等。
光敏性:是指半导体的导电能力随光照的变化有显著 改变的特性。利用这种特性可制成光电二极管、光电.1 半导体的基本特性
根据导电性能的不同,自然界的物质大体可分为导体、 绝缘体和半导体三大类。其中,容易导电、电阻率小于 10-4Ω·cm的物质称为导体,如铜、铝、银等金属材料;很难 导电、电阻率大于104Ω·cm的物质称为绝缘体,如塑料、橡 胶、陶瓷等材料;导电能力介于导体和绝缘体之间的物质 称为半导体,如硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物 等。
(2)反向偏置
给PN结加反向偏置电压,即N区接电源正极,P区接电源 负极,称PN结反向偏置,如下图所示。
由于外加电场与内电场的 方向一致,因而加强了内电场, 促进了少子的漂移运动,阻碍 了多子的扩散运动,使空间电 荷区变宽。此时,主要由少子 的漂移运动形成的漂移电流将 超过扩散电流,方向由N区指向 P区,称为反向电流。由于常温 下少子的数量很少,所以反向 电流很小。此时,PN结处于截 止状态。
(2)P型半导体
在本征半导体硅(或锗)中掺入微量三价元素硼,由 于硼原子只有3个价电子,它与周围硅原子组成共价键时, 因缺少一个价电子而形成一个空穴,相邻的价电子很容易 填补这个空穴,形成新的空穴。这种半导体导电主要靠空 穴,所以称为空穴型半导体或P型半导体,如下图所示。P 型半导体中,空穴是多子,自由电子是少子。
2.PN结的单向导电性
(1)正向偏置
给PN结外加正向偏置电压,即P区接电源正极,N区接电 源负极,称PN结为正向偏置,如下图所示。

现代电子线路02半导体性质ppt课件

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本征载流子的浓度对温度十分敏感。而且随着温度的升高,基本上按 指数规律增加。
2020/5/22
.
第二章 No.9
2、掺杂半导体(doped semiconductor)
导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流 子(电子,空穴)浓度大大增加。
是微量的价电子数较为接近的三价或五价元素。
N型半导体:掺入五价杂质元素(如磷、锑),主要载 流子为电子,也称作电子型半导体;
容易被激发而形成自由电子。
+5
+4
在N型半导体中自由电子是多数载流子 (majority carrier),它主要由杂质原 子提供;空穴是少数载流子(minority carrier), 由热激发形成。
多余电子
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成 为不能移动的正离子,因此五价杂质原子也称 为施主杂质(donor impurities)。
一般掺杂浓度为1014/cm3~1018/cm3,常温下这些粒子都会激发出 载流子,即半导体中载流子浓度等于杂质粒子浓度(远大于本征 半导体载流子浓度1010/cm3 ),因此,掺杂可以大大增强半导体 的导电能力。
2020/5/22
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
齐纳击穿:多发生于掺杂浓度高,PN结薄的情形, PN结处的强电场能破坏
(Zener
共价键而把电子分离出来形成电子空穴对。
breakdown)
2020/5/22

《电工电子技术》课件——第六章 半导体

《电工电子技术》课件——第六章  半导体

01
杂质半导体
杂质半导体
N型半导体
在纯净的硅(或锗)中掺入微量的磷或砷等五价元素,杂质原子就替 代了共价键中某些硅原子的位置,杂质原子的四个价电子与周围的硅原 子结成共价键,剩下的一个价电子处在共价键之外,很容易挣脱杂质原 子的束缚被激发成自由电子。同时杂质原子由于失去一个电子而变成带 正电荷的离子,这个正离子固定在晶体结构中,不能移动,所以它不参 与导电。
空穴
自由 电子
• 在半导体中同时存在自由电子和空穴两种载流子参与导电,这种导 电机理和金属导体的导电机理具有本质上的区别。
多参数组合的正弦交流电路
小 结
2.PN结 目录 CONTENTS
01 杂质半导体
02 PN结示意图
杂质半导体
相对金属导体而言,本征半导体中载流子数目极少, 因此导电能力仍然很低。在如果在其中掺入微量的 杂质,将使半导体的导电性能发生显著变化,我们 把这些掺入杂质的半导体称为杂质半导体。杂质半 导体可以分为N型和P型两大类。
• 一般情况下,本征半导体中的载流子浓度很小,其导电能力较弱, 且受温度影响很大,不稳定,因此其用途还是很有限的。
本征半导体与杂质半导体
当半导体的温度升高或受到光照等外界因素的影响时,某些共价键中的价电子因热激发而获得足够的能 量,因而能脱离共价键的束缚成为自由电子,同时在原来的共价键中留下一个空位,称为“空穴” 。
1.半导体的基本知识 目录 CONTENTS
01 半导体的独特性能
02 本征半导体与杂质半导体
多参数组合的正弦交流电路
物质按导电能力的不同可分为导体、半导体和绝 缘体3类。日常生活中接触到的金、银、铜、铝等 金属都是良好的导体,;而像塑料、云母、陶瓷等 几乎不导电的物质称为绝缘体,;导电能力介于导 体和绝缘体之间的物质称为半导体。自然界中属于 半导体的物质有很多种类,目前用来制造半导体器 件的材料大多是提纯后的单晶型半导体,主要有硅 (Si)、锗(Ge)等。
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+4
+4
+4
+4
外电场E
半导体导电的特殊性:两种载流子参与导电。 自由电子导电:形成电子电流 空穴导电:形成空穴电流
空穴(可看作带正电的粒子)的运动是靠相邻 共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。
电流方向相同)。
2020/8/12
.
第二章 No.8
negative
positive
3 EG
本征半导体载流子浓度: n(T)p(T)AT2e2kT
z
0,0,
1 2
12,
12,
1 2
共价键正四面体,键之间的夹角 109°28′:每个原子处于四面体 中心,而有四个其它原子位于四 面体的顶点。
14,
14,
1 4
y 空间利用率约34%,杂质粒子很
0,
1 2
,0
容易在晶体内运动并存在于体内,
x
12 ,0,0
且为替位杂质的扩散运动也提供 了足够的条件。
硅、锗的晶体结构
2、在纯净的半导体中掺入微量的某些杂质,其导电能力会有 显著的增加。
常见的半导体有:硅、锗、Ⅲ-Ⅴ族化合物(如GaN、GaAs)、 Ⅱ-Ⅵ族化合物(如一些硫化物和氧化物)等,目前,硅半导体 制品约占整个半导体市场的95%。
2020/8/12
.
第二章 No.3
二、共价键(covalent bond)结构
在硅和锗的本征半导体中,
每个原子与其相临的原子
之间形成共价键,共用一
对价电子。
+4
+4
共价键内的两个电子称
为束缚电子(bonded
electron)。
形成共价键后,每个原子 的最外层电子是八个,构 成稳定结构。
+4
+4
2020/8/12
.
共价键 共用电 子对
第二章 No.5
共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。
容易被激发而形成自由电子。
+5
+4
在N型半导体中自由电子是多数载流子 (majority carrier),它主要由杂质原 子提供;空穴是少数载流子(minority carrier), 由热激发形成。
多余电子
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成 为不能移动的正离子,因此五价杂质原子也称 为施主杂质(donor impurities)。
1、本征半导体(intrinsic semiconductor)
以最常见的半导体硅和锗为例,它们的最外层电子(即 价电子,valence electron)都是四个。
价电子
Si
Ge
2020/8/12
硅原子
.
锗原子
第二章 No.4
通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。 完全纯净的、结构完整的半导体晶体,称为本征半导体。
2020/8/12
.
第二章 No.6
+4
+4
在绝对零度(即T=0K)和无外界激发(光照、电 磁辐射)时,共价键中的价电子被束缚,在本征 半导体内没有可以自由运动的带电粒子——载流 子(carrier),此时半导体相当于绝缘体。
+4
束缚电子
+4
空穴 自由电子
在室温(300K)下,由于热激发,会使一些价电子获 得足够的能量而挣脱共价键的束缚,成为自由电子 (free electron),这种现象称为本征激发(intrinsic excitation)。
电子浓度 空穴浓度
式中,A为与材料有关的系数,T为绝对温度,k为波耳兹曼常数, EG为禁带宽度(eV),表示热力学零度时挣脱共价键所需要的能量。
T=300K时,本征硅的电子和空穴浓度为:
np1.41100/cm 3
本征半导体中虽然存在两种载流子,但因本征载流子的浓度很低(本 征硅的原子浓度为5×1022/cm3),所以总的来说导电能力很差(电阻 率为104Ω·cm)。
N型半导体表示法

2020/8/12
.
第二章 No.11
P型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素硼 (或铟),取代晶体点阵中的某些半导 体原子,硼原子的最外层只有三个价电 子,与相临的半导体原子形成共价键时 会产生一个空穴,这个空穴很容易吸引 周围的束缚电子来填充而在其它半导体 原子处产生一个空穴。
本征载流子的浓度对温度十分敏感。而且随着温度的升高,基本上按 指数规律增加。
2020/8 semiconductor)
导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流 子(电子,空穴)浓度大大增加。
是微量的价电子数较为接近的三价或五价元素。
N型半导体:掺入五价杂质元素(如磷、锑),主要载 流子为电子,也称作电子型半导体;
在P型半导体中空穴是多数载流子, 它主要由杂质原子提供;自由电子是 少数载流子, 由热激发形成。
+4
+4
+3
+4
填充
空穴
得到束缚电子的三价杂质原子因带负电荷而成 为不能移动的负离子,因此三价杂质原子也称 为受主杂质(acceptor impurities)。
价电子成为自由电子后,共价键中就留下一个空位, 这个空位称为空穴(hole)。空穴的出现是半导体区 别于导体的一个重要特点。
在本征半导体内,自由电子与空穴总是成对出现的(称为电子—空穴对)。 因此,在任何时刻,本征半导体中的自由电子和空穴数总是相等的。
2020/8/12
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第二章 No.7
本征半导体的导电(电子—空穴对导电)
第二章:半导体器件的特性
本章内容: §2.1 半导体基本知识 §2.2 PN结及二极管 §2.3 双极型晶体管
2020/8/12
.
第二章 No.1
§2.1 半导体基本知识
一、什么是半导体(semiconductors)
根据物体导电能力(电阻率 )的不同,可以将物体分为导体
(conductor)、绝缘体(insulator)和半导体。
绝缘体
半导体
导体
10 20 10 16 10 14 10 12 10 6 10 4
石云 橡硬纯硅
英母 胶玻水、


10 3
(cm )
半导体的电阻率介于10-3~106之间。
2020/8/12
.
第二章 No.2
半导体的导电机制不同于其它物质,所以它具有不同 于其它物质的特点:
1、当受外界热和光的作用时,半导体的导电能力将发生显著 变化;(光敏电阻、热敏电阻)
P型半导体:掺入三价杂质元素(如硼、铟),主要载 流子为空穴,也称作空穴型半导体。
2020/8/12
.
第二章 No.10
N型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷 (或锑),取代晶体点阵中的某些半导体
+4
+4
原子,磷原子的最外层有五个价电子,其
中四个与相临的半导体原子形成共价键,
而多余的一个价电子因无共价键束缚而很
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