半导体器件结构、原理与参数

2.PN结的单向导电性原理 偏置、正向偏置（正偏）、反向偏置（反偏） 正向导通、反向截止
P区
耗尽层
N区
P区
耗尽层
N区
R 内电场
内电场
R
外电场 +U -
+U-
外电场
I
IR
V
V
（a）
（b）
图1半.2导.体2 器外件加结构电、压原理时和的参数PN结 （a）正偏 （b）反偏
PN结正偏时产生较大的正向电流 PN结处于导通状态。
在T=0K（相当于—273oC）时半导体不导电， 如同绝缘体一样。
如温度升高，如在室温条件下，将有少数价 电子获得足够的能量，以克服共价键的束缚而成 为自由电子，其载流子的数量很少（自由电子的 数量）导电能力很弱。
半导体器件结构、原理和参数
束缚电子 本征激发 空穴、电子对 两种载流子： 电子与空穴载流子 产生与复合 动态平衡 载流子浓度与T有关
二、二极管（PN结）伏安特性
1、正向特性、
“死区”、导通电压或开启电压；
室温下，硅管的Uon≈0.5V，
锗管的Uon≈0.1V。
管压降：硅管UD=0.6~0.8V，
锗管UD=0.1~0.3V
10
I（ m A ）
-U （ BR）
5
U on U D Isat
U（ V）
（ μ A）
半图导体1器.2件.4结构二、原极理管和参的数 伏安特性曲线
半导体器件结构、原理和参数
第二节．半导体二极管
1.2.1PN结及其单向导电性
单纯的P型或N型半导体，仅仅是导电能力增 强了，因此它还不是电子线路中所需要的半导体 器件。若在一块本征半导体上，两边掺入不同的 杂质，使一边成为P型半导体，另一边成为N型半 导体，则在两种半导体的交界面附近形成一层很 薄的特殊导电层——PN结。PN结是构成各种半 导体器件的基础。
半导体器件结构、原理和参数
原子结构的简化模型
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
图1.1.1 硅或锗的 简化原子结构模型
+4
+4
+4
图1.1.2 硅或锗晶体的共价健 结构示意图
半导体器件结构、原理和参数
1.1.1 本征半导体
●本征半导体
通常把非常纯净的、几乎不含杂质的且结构 完整的半导体晶体称为本征半导体。
PN结反偏时产生较小的反向电流， PN结处于截止状态。
故PN结具有单向导电性。
半导体器件结构、原理和参数
1.2.2 半导体二极管及其基本特性
一、 二极管的结构与符号
a
阳极
阴极
PN
阳极
a
k
阳极引线
阴极引线
a
k
或
阴极
k
（a）
（b）
图1.2.3 二极管的结构和符号
（a）结构示意图 （b）符号
半导体器件结构、原理和参数
的3 价杂质元素，如硼，锡，铟等。
受主杂质、多子、少子、空穴型半导体
+4
+4
+4
空穴
+4
+3
+4
受主 负离子
+4
+4
+4
负离子
（a）
（b）
图1.1.5 P型半导体
（a）结构示意图 （半b导）体器离件结子构和、原载理和流参数子（不计本征激发）
N半导体、P半导体电中性
半导体的特性： 1、热敏性 2、掺杂性 3、光敏性
半导体器件结构、原理和参数
1.PN结的形成 扩散运动、空间电荷区、耗尽层、漂移运动、动态平 衡、内建电位差、势垒区或阻挡层
空间电荷区
P区
（耗尽层）
N区
空间电荷区
P区
（耗尽层）
N区
内电场
内电场
（a）
（b）
图1.2.1 PN结的形成
（a）载流子的扩半散导运体器动件结构、（原b理）和参平数衡状态下的PN结
2．反向击穿特性 反向特性、反向饱和电流、反向击穿电压。 ●电击穿：雪崩击穿、齐纳击穿。 ●热击穿
需要特别指出的是，普通二极管的反向击穿电 压较高，一般在几十伏到几百伏以上（高反压管可 达几千伏）。普通二极管在实际应用中不允许工作 在反向击穿区。
半导体器件结构、原理和参数
二极管的伏安特性方程：
可近似用PN结的伏安特性方程来表示。理论研究表明， PN结两端电压U与流过PN结的电流I之间的关系为
半导体器件结构、原理和参数
半导体器件是组成各种电子电路——包括 模拟电路和数字电路，分立元件电路和集成电 路的基础。
本 章 讨 论 半 导 体 的 特 性 ， PN 结 的 单 向 导 电性，二极管、三极管、场效应管的结构，工 作原理，特性曲线和主要参数
半导体器件结构、原理和参数
第一节．半导体的特性
IIsa(teU/UT1)
（1.2.1）
Isat--反向饱和电流
UT =kT/q-温度电压当量，其中k为玻耳兹曼常数，T为 绝 对 温 度 ， q 为 电 子 电 量 。 在 室 温 （ 27℃ 或 300K ） 时 UT≈26mV。
半导体器件结构、原理和参数
三、二极管的主要参数
1、最大整流电流IF：指二极管长期工作时，允许通 过管子的最大正向平均电流。
半导体器件结构、原理和参数
施主杂质、多数载流子（多子）、少数载流子（少子）、 电子型半导体
+4
+4
+4
自由电子
+4
+5
+4
正离子
+4
+4
+4
正离子
（a）
（b）
图1.1.4 N型半导体
（a）结构示意图 （半b导）体器离件子结构和、原载理和流参子数 （不计本征激发）
二．P型半导体：在4 价硅或锗的晶体中掺入少量
物质可分为： 导体：<=10-4Ω.cm 如：铜，银，铝
绝缘体：=109Ω.cm 如：橡胶，塑料 半导体其导电能力介于上面两者之间，一般 为四价元素的物质，即原子最外层的轨道上均有 四个价电子,所以称它们为4 价元素。
半导体有：元素半导体：硅（Si）、锗（Ge）等； 化合物半导体：砷化镓（GaAs）等
+4
+4
空穴
AΒιβλιοθήκη Baidu
+4
+4
C
D
+4
+4
+4
B 自由 电子
+4
+4
图1.1.3 本征激发现象
半导体器件结构、原理和参数
1.1.2 杂质半导体
在本征半导体中掺入少量的杂质，就会使半 导体的导电性能发生显著的改变。
根据掺入杂质的化合价的不同，杂质半导体 分为:
N型半导体和P型半导体两大类。
一．N型半导体：
在4价硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元 素，如磷，锑，砷等。
2、最高反向工作电压UR： 3、 反向电流IR：指在室温下，在二极管两端加上 规定的反向电压时，流过管子的反向电流。 IR愈小单向导电性愈好。IR与温度有关（少子运动） 4、 最高工作频率：fM值主要决定于PN结结电容的 大小。结电容愈大，则fM愈低。
半导体器件结构、原理和参数
四．稳压二极管
利用二极管的反向击穿特性，可将二极管做成一种特 殊二极管——稳压二极管。稳压二极管简称稳压管