模电课件01

本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。 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
+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。
+4
P型半导体 － － － － － － － － －
+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
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杂质半导体的示意图
多子—空穴
P型半导体
模拟电子技术第一章
多子—电子
N型半导体
－
－ －
－
－ － 少子—电子
－ － －
－ － －
+
+ +
+
+ +
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动 →少子漂移形成反向电流I
P
R
空 间 电 荷 区
在一定的温度下，由本 － － － － 征激发产生的少子浓度是
一定的，故IR基本上与外
－ － － － －
N
+ + +
+ + +
+ + +
+ + + IR
－ －
加反压的大小无关，所以 称为反向饱和电流。但IR
+4 +4
电子空穴对 自由电子
硅原子 多余电子
+4
N型半导体
+4
磷原子
+5
+4
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+4
+4
+4
+Fra Baidu bibliotek
+
+
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
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施主离子
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2. P型半导体
硅原子 空穴 电子空穴对
模拟电子技术第一章
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
空穴
+4
+4
i 为流过PN结的电流
当 u>0 u>>UT时
e
UT
1
IS 为反向饱和电流
i I Se
当 u<0
u
|u|>>|U T |时
e
u
UT
1
i IS
UT =kT/q 称为温度的电压当量 其中k为玻耳兹曼常数 1.38×10－23 q 为电子电荷量1.6×10－9 T 为热力学温度 对于室温（相当T=300 K） 则有UT=26 mV。
+4
电子空穴对。
与本征激发相反的 现象——复合
+4
空穴
+4
自由电子
+4
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。 常温300K时：
1.4 10 硅：
10
+4
电子空穴对
+4
+4
电子空穴对的浓度
13 2 . 5 10 锗：
cm3 cm3
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导电机制：
模拟电子技术第一章
1.1
半导体基础知识
一、半导体及其导电特性 在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。
si
Ge Ge
+4 +4
硅原子
锗原子
硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子。
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（一）本征半导体
模拟电子技术第一章
外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动 →多子扩散形成正向电流I
－ － － － － － － － －
F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体 － －
正向电流
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
－
内电场 E
EW
R
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模拟电子技术第一章
2.加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
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模拟电子技术第一章
把纯净的没有结 构缺陷的半导体单晶 称为本征半导体。 它是共价键结构。 在热力学温度 零度和没有外界激 发时,本征半导体不 导电。
+4
+4
硅原子
+4
+4
价电子
+4
+4
+4
+4
+4
本征半导体的共价键结构
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模拟电子技术第一章
可见本征激发同时产生
+4
+4
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束缚电子
模拟电子技术第一章
+4
+4
+4
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，成为自由 电子。 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
空穴
+4
自由电子
+4
+4
+4
+4
这一现象称为本征激发，也称热激发。
（三） PN结的伏安特性曲线及表达式
根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图
IF（多子扩散） 反向饱和电流 反向击穿电压 正偏
反偏 反向击穿 IR（少子漂移）
电击穿——可逆 热击穿——烧坏PN结
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根据理论分析：
i I S (e
u UT
u
UT
1)
模拟电子技术第一章
u 为PN结两端的电压降
－
内电场 E
与温度有关。
EW
R
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模拟电子技术第一章
PN 结的单向导电性小结
PN结加正向电压时，具有较大的正向
扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；
PN结加反向电压时，具有很小的反向
漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。
由此可以得出结论：PN结具有单向导 电性。
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模拟电子技术第一章
模拟电子技术第一章
在外电场作用下，电子和空穴均能参与导电。
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模拟电子技术第一章
（二） 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。
1. N型半导体
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。
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N型半导体
模拟电子技术第一章
在硅或锗的晶体中掺入少量的五价元 素,如磷,则形成N型半导体。
－ － －
－ － －
－ － －
－ － －
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
多子扩散电流 少子漂移电流
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PN 结的形成动画演示
模拟电子技术第一章
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（二） PN 结的单向导电性
模拟电子技术第一章
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模拟电子技术第一章
1. 加正向电压（正偏）—电源正极接P区，负极接N区
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模拟电子技术第一章
（四） PN结的电容效应
(1) 势垒电容CB
当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应 地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化 ，就像电容充放电一样。
P － － －
空间电荷 区
N
－ － －
+ + +
+ + +
EW
+ + +
+ + +
少子—空穴
少子浓度——与温度有关 多子浓度——与温度无关
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二、 PN 结
（一） PN 结的形成
模拟电子技术第一章
用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成 P型半 导体区域和N型半导体区域,在这两个区域的交界处就形成了 一个PN 结。 内电场E N型半导体 P型半导体 耗尽层