1基本半导体分立器件.ppt

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1.1.3杂质半导体
1、N型半导体
N-type Semiconductor
2、P型半导体
P-type Semiconductor
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1、N型半导体
A、在四价的本征硅中掺入微量的五价磷。
B、磷原子失去一个电子自身成不能移动的带正电荷的离 子，称为施主杂质。掺入一个磷原子就提供一个自由电子, 所以电子是多子.
C、N型半导体中,电子是多子,空穴是少子 I=IP+IN≈IN
D、整块的半导体仍为中性
少数载流子
多硅数原载子流子
电子
+4
+4
+4 空穴空穴是少子
磷原子
电子是多子
+4
+5
+4
N型半导体简化模型
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2、P型半导体
A、在四价的本征硅中掺入微量的3价硼 B、硼原子在共价键留下一个空位，相邻硅原子中的价电子容易
本征半导体
空穴电流
I
外电路电流
外电场
电子电流
IP
它们在外电 场的作用下，
IN
会出现定向
运动
带负电荷的自由电子
图1-5 本征半导体中载流子的导电方式
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3、自由电子的运动与空穴的运动
1、共价键中的电子依次填补空穴，形成空穴的运 动；
2、半导体中两种载流子： (1) 一是带负电荷的自由电子；二是带正电荷 的空穴，它们在外电场的作用下，会出现 定向运动
PN结为截止状态 I少子
IR = I少子 0 反向电流IR
P
内电场 N 限流电阻
外电场
U
R
AB于纳DP、C、、N、少安结反反反反子数呈向向向向的 量现偏偏偏偏漂 级的压压压压移 ，反的内P，运 锗向N接电结使动管电法场为P，为阻：N增截结形微很P强止区空反安大，状接间向数不态低电电量利，电荷流级多外位区I。R子电，，变扩路IN宽R区电散很。接流运小高接动，电近，硅位为有管利O为，
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1.1.1半导体的基本特性
导体：电阻率小于10-4Ω.cm，很容易导电，称
为导体.如铜、铝、银等金属材料；
绝缘体：电阻率大于1010Ω.cm，很难导电，称
为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；
半导体：电阻率在10-3~109Ω.cm，导电能力介
于导体和绝缘体之间，例如硅(Si)和锗(Ge)等 半导体材料；
1、PN结(PN Junction)的形成
P型区
PN结
N型区
内建电场
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2、PN结的单向导电性
(1) 正向偏置(forward bias外加正向电压) (2) 反向偏置(reverse bias外加反向电压)
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(1)、外加正向电压(正向偏置forward bias)
正向电流IF
IF = I多子 I少子 I多子
电子技术基础—模拟电子技术
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第一章 基本半导体分立器件
1.1 半导体的基本知识与PN结 1.2 半导体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 半导体三极管 1.5 场效应晶体管
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1.1 半导体的基本知识与PN结
1.1.1 半导体的基本特性 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体 1.1.4 PN结的形成与单向导电性
(2) 在外电场作用下形成电子流IN和空穴流IP (3) 在外电路中总电流I=IN+IP
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1.1.2 本征半导体
4、本征激发产生的载流子数量仍然很少，本征半 导体导电能力很差，不能直接用于制造晶体管， 只有在本征半导体中掺入适量的杂质，极大提
高其导电性能，成为杂质半导体，才能用于制
造各种半导体器件
移过来填补个空位 。硼原子接受一个电子，成为带负电的离 子，称受主杂质；在相邻硅共价键中产生一个带正电的空穴
C、P型半导体中：空穴是多子；电子是少子 I=IP+IN≈IP
D、整块的半导体仍为中性
硅原子
多数载流子 +4
+4
硼原子
P型+半4 导体简+化3模型
+4 少数电载子流是子少子
空穴是多子 +4
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半导体材料制作电子器件的原因?
不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，
而是在于半导体材料具有热敏性、光敏性和掺 杂性。
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半导体材料制作电子器件的原因?
1、热敏性：是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加，
例如纯净锗从20℃升高到30℃时，电阻率下降为原来的 1/2；
2、光敏性：半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特
A、本征激发—
电子、空穴对的产生
+4
+4
+4
B、电子与空穴的复合
+4
+4
+4
自由电子 共价键 空穴
C、空穴是可以移动的，其
+4
+4 实 空是 穴共 ，价 形+4键 成的空电穴子的依移次动填补
空穴 D、最后达到动态的平衡
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3、自由电子的运动与空穴的运动
II I 半导体中两种载流子：
带正电荷的空穴
源自文库
PN
PN结为导通状态
I多子
P
外电场
内电场 N
限流电阻
AB、C、、正正正向向向偏偏偏压压压的削时接弱，法内P：N电结P场区为U，接导有高通利电状多位态子，，的NR外区扩电接散路低运电电动位， 使流PINF结很空大间，电PN荷结区呈变现窄的；正向电阻很小
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(2) 外加反向电压(反向偏置reverse bias）
性；例如硫化镉薄膜在暗处：电阻为几十MΩ。光照：电 阻下降为几十KΩ
3、掺杂性：是半导体导能力，因掺入适量的杂质而发生很大
的变化，例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼杂质，
电阻率下降到原来的几万分之一，利用这一特性，可以制
造出不同性能不同用途的半导体器件。
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1.1.2 本征半导体
硅(锗)的原子结构
Si +14 2 8 4
Ge +32 2 8 18 4
硅
+4
锗
硅(锗)的原子结构简化模型
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1.1.2 本征半导体
1、本征半导体的原子 结构 把非常纯净的原子结构 排列非常整齐的半导体
称为本征半导体。
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1.1.2 本征半导体
1、本征半导体的原子结构——共价键结合，以硅原子为例
A．硅原子电子数为14，最外层
1.1.4 PN结的形成与单向导电性
1、PN结(PN Junction)的形成 P型区
PN结
N型区 多子的扩散
多子的扩散 内建电场 (12)多随着子内的电扩场散由运弱动到产强生得空建间立电荷,少区子建漂立移内从电无场到有, 逐渐加强,而扩散运动逐渐减弱, 形成平衡的PN结。
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1.1.4 PN结的形成与单向导电性
电子为四个，是四价元素
+4
+4
共价键 +4
B、硅原子结合方式是共价键
结合：
+4
+4
+4
(i)每个价电子都要受到相邻 两个原子核的束缚;
(ii)半导体的价电子既不象导
体的价电子那样容易挣脱成为 +4
+4
+4
自由电子，也不象绝缘体中被
束缚，所以其导电能力介于导
体与绝缘体之间
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2、本征半导体的激发与复合