第1章半导体器件基础第1讲

+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不 会成为自由电子，因此本 征半导体的导电能力很弱 ，接近绝缘体。
束缚电子
+4
+4 +4
+4
+4 +4
空穴
自由电子
+4
+4 +4
这一现象称为本征激发， 也称热激发。
当温度升高或受 到光的照射时，束缚 电子能量增高，有的 电子可以挣脱原子核 的束缚，而参与导电 ，称为自由电子。
少子
多子
飘移
扩散
又失去多子，耗尽层宽，E↑
内电场E P型半导体 耗尽层 N型半导体
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
模 数
计 算
数 模
滤波 转 机 转
叠加
换
数 据
换
组合 电 处 电
路 理路
.. .
驱动 电路
执行 机构
驱动 执行
电.路 . .
机.构 . .
驱动 电路
执行 机构
驱动 电路
执行 机构
汽车电子
电源 发动机装置
汽 行驶装置
点火装置、燃油喷射控制、发 动机电子控制装置
车速控制、间歇刮水、除雾装 置、车门紧缩
两种半导 体导电性 能都很弱
本征半导体的导电机理 总结
本征半导体存在数量相等的两种载流子： 自由电子和空穴。电子与空穴电荷量相等， 极性相反。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高，因此本征半 导体的导电能力越强。温度是影响半导体性 能的一个重要的外部因素，这是半导体的一 大特点。
本征半导体的 导电机理：
－ +4
E
＋
+4
+4 自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
载流子
自由电子 带负电荷 电子流 空穴 带正电荷 空穴流
本征半导体的导电性取决于外加能量：
温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
在常温下(T=300K )，
硅：ni pi 1.4 31100 /cm 3
锗：ni pi 2.51103/cm 3 原子密度： 51022/cm 3
P型半导体
硅原子
+4
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
空穴
－ － －－
+4
硼原子
+3 +4
－ － －－ － － －－
+4
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴
少数载流子——自由电子
P型半导体
P型半导体中的载流子是什么？
1.由受主原子提供的空穴，浓度与受主 原子相同。 2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。
典型的半导体是硅(Si)和锗(Ge)， 它们都是4价元素。
si
硅原子
GG ee
+ 44
锗原子
硅和锗最外层轨 道上的四个电子 称为价电子。
1.1.2 本征半导体
本征半导体——纯净且晶格方向一致的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%，常称为“九个9”。
本征半导体的共价键结构
1.由施主原子提供的电子，浓度与施主 原子相同。 2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂元素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）。
（2） P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素， 例如硼、镓等，称为P型半导体。
1.2 PN结与半导体二极管
1.2.1 PN结的形成
PN结合 因多子浓度差 多子的扩散 空间电荷区
形成内电场 阻止多子扩散，促使少子漂移。
内电场E P型半导体空间电荷区 N型半导体
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
－－－
PN结
少子漂移电流
－+ 耗尽层
+ ++ 多子扩散电流
补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E↓
1.1 半导体基本知识
1.1.1 导体、绝缘体和半导体
在物理学中，根据材料的导电能力，可以将它 们划分导体、绝缘体和半导体。
导体：容易导电的物质，如铜、铝、铁、银等。
绝缘体：不导电的物质，如塑料、陶瓷、石英、 橡胶等。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物 质。常用的有硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。
第1章半导体器件基础第1讲
主要教学内容
模
二极管
拟 电子元器件 三极管
电
集成电路…
子
放大
技 电子电路及其应用 滤波
术
电源…
电子技术的应用
信号检测
• 压力、温度、水位、 流量、气体等的测 量与调节
• 电子仪器
• ……
压力1 传感器
压力2 传感器
... ... ...
温度1 传感器
温度2 传感器
放大
自由电子产生的 同时，在其原来的共 价键中就出现了一个 空位，称为空穴。
+4
+4 +4
+4
+4 +4
空穴
自由电子
+4
+4 +4
电子空穴对
可见本征激发同时 产生电子空穴对。
外加能量越高（ 温度越高），产生的 电子空穴对越多。
与本征激发相反 的现象——复合
在一定温度下， 本征激发和复合同 时进行，达到动态 平衡。电子空穴对 的浓度一定。
在本征半导体中掺入五价杂质元素， 例如磷，砷等，称为N型半导体。
N型半导体
硅原子 + 4
多余电子
+4
磷原子
+4
+4
+4
Baidu Nhomakorabea
电子空穴对 自由电子
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
+4 +4
++ + +
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
施主离子
N型半导体
N型半导体中的载流子是什么？
车 报警与安全装置
安全带、车灯未关报警、 速度报警、安全气囊报警
电 旅居性
子 仪表
空调控制、动力窗控制
娱乐通讯
里程表、数字式速度表、出租 车用仪表
收音机、汽车电话、业余电台
智能小区
第一章 半导体器件基础
第一章 半导体器件基础
半导体器件是近代电子学的重要组 成部分。
体积小、重量轻、使用寿命长、输 入功率小、功率转换效率高等优点而 得到广泛的应用。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以， 空穴浓度远大于自由电子浓度。在P型半导体中空 穴是多子，电子是少子。
杂质半导体的示意图
多子—空穴
多子—电子
P型半导体
N型半导体
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
少子—电子
少子—空穴
多子浓度——与温度无关 少子浓度——与温度有关
1.1.3 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体 称为杂质半导体。
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型半 导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂 质半导体称为P型半导体（空穴半导体）。
N-Negative
P-Positive
1. N型半导体