常用半导体器件 ppt课件
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－
变 薄
+
+ + + －
外加电源将使扩散 运动源源不断的进 行，形成正向电流， PN结导通
+
_ N
P
－ －
外电场
内电场
R
E
PN 结反向偏置 Reverse bias
变厚
－ + + + +
内电场被被加强，多子 的扩散受抑制。少子漂 移加强，但少子数量有 限，只能形成较小的反 向电流。PN结截止
_ P
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
PN结
P 型半导体
N 型半导体
P区空穴 浓度远高 于N区。
物质因浓度差会产生扩散运动
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
在本征半导体中掺入少量合适的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。
N 型半导体 掺入少量的五价元素磷（或锑） 取代，形成共价键 +4 +5
多余 电子
+4
多出一个电子
施主
原子
+4
磷原子
磷原子成为不能移动 的正离子
+4 +5
+4 +4
N 型半导体中的 载流子是什么？ Negative
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）。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可将其制成晶体。 即为本征半导体
本征半导体的结构示意图
Share electron 共用电子 +4
+4
常温下价电子 很难脱离共价键 成为自由电子 导电能力很弱
+4
+4
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。
（热激发） Intrisic excitation 本征激发 热和光的作用
杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。
4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。
N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。
5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度
和材料性质有关。
1.1.3 PN结 一、PN 结的形成
利用掺杂工艺，将P 型半导体和N 型半导体制作 在同一块硅片上，在它们的交界面处就形成了PN 结。
以认为空穴是载流子。
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。 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，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。
1.1.2 杂质半导体 Impurity semiconductor
第一章 常用半导体器件
第一章 常用
类别
半导体 器件
导体
金属 <4 小
项目
代表物质 一般最外层电子数
绝缘体
惰性气体 >4 大 不易
半导体
硅、锗 =4 二者之间 二者之间
外层电子受原子核的 束缚力
导电性
易
1.1 半导体基础知识
???
1.1.1 本征半导体 纯净的晶体结构的半导体 Intrinsic semiconductor 无杂质 结构特点 半导体硅和锗的最外层电子（价电子）都是四个。
－ － －
N
+
内电场 外电场
R
E
总结
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向
扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的
反向漂移电流， PN结截止。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
Unilateral conductivity
三、PN结VCR方程
PN结两端的外电压u与流过PN结的电流i之间的关系
P 型半导体
Positive
掺入少量的三价元素硼（或铟） 取代，形成共价键
空位
空穴
产生一个空位
+4
受主 原子
硼原子
+4
吸引束缚电子来填补
硼原子成为不能移动 的负离子
+3
+4
空穴是多子，电子是少子
(3)、杂质半导体的示意表示法
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。 但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。
近似认为多子与杂质浓度相等。
小结
1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。
2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由 电子和空穴对，故其有一定的导电能力。 3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；
－ － －
+ +
+
+ +
+
+ +
+
+ + +
自由电子
内电场E
+
空穴
在电场力作用下，载流子产生的运动称为漂移运动
总结
因浓度差 多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
达到平衡，空间电荷区宽度固定不变
二、 PN结的单向导电性
PN 结正向偏置 forward bias
+4
+4
一些价电子获得足够的 能量而脱离共价键束缚
电子空穴对
+4 +4 游离的部分自由电子 也可能回到空穴中去， 称为复合
带负电
空穴
带正电
自由电子
Biblioteka Baidu
本征半导体的两种载流子
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 +4 +4 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移。 +4 +4 空穴的迁移相当于正
电荷的移动，因此可
N区自由电 子浓度远高 于P区。
自由电子 空穴
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散的结果是产生 空间电荷区。
最终扩散和漂移这一对相反的运动达到平衡，相当 电位 V 于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固 V0 定不变。
－ － － － － － +
+ + +
+ + + + + +
+
+
－ － － － － － － － － － － － － － －
i I S (e 1)
IS：反向饱和电流 UT: 温度电压当量， = kT/q，一般取值为26mv；
u UT
k为玻耳曼常数
T为热力学温度 q为电子电荷量
i I S (e 1)
u UT
A
B
C
四、PN结的电容效应
1. 势垒电容 barrier capacity PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发 生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充 放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。
变 薄
+
+ + + －
外加电源将使扩散 运动源源不断的进 行，形成正向电流， PN结导通
+
_ N
P
－ －
外电场
内电场
R
E
PN 结反向偏置 Reverse bias
变厚
－ + + + +
内电场被被加强，多子 的扩散受抑制。少子漂 移加强，但少子数量有 限，只能形成较小的反 向电流。PN结截止
_ P
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
PN结
P 型半导体
N 型半导体
P区空穴 浓度远高 于N区。
物质因浓度差会产生扩散运动
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在本征半导体中掺入少量合适的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。
N 型半导体 掺入少量的五价元素磷（或锑） 取代，形成共价键 +4 +5
多余 电子
+4
多出一个电子
施主
原子
+4
磷原子
磷原子成为不能移动 的正离子
+4 +5
+4 +4
N 型半导体中的 载流子是什么？ Negative
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）。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可将其制成晶体。 即为本征半导体
本征半导体的结构示意图
Share electron 共用电子 +4
+4
常温下价电子 很难脱离共价键 成为自由电子 导电能力很弱
+4
+4
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。
（热激发） Intrisic excitation 本征激发 热和光的作用
杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。
4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。
N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。
5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度
和材料性质有关。
1.1.3 PN结 一、PN 结的形成
利用掺杂工艺，将P 型半导体和N 型半导体制作 在同一块硅片上，在它们的交界面处就形成了PN 结。
以认为空穴是载流子。
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。 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，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。
1.1.2 杂质半导体 Impurity semiconductor
第一章 常用半导体器件
第一章 常用
类别
半导体 器件
导体
金属 <4 小
项目
代表物质 一般最外层电子数
绝缘体
惰性气体 >4 大 不易
半导体
硅、锗 =4 二者之间 二者之间
外层电子受原子核的 束缚力
导电性
易
1.1 半导体基础知识
???
1.1.1 本征半导体 纯净的晶体结构的半导体 Intrinsic semiconductor 无杂质 结构特点 半导体硅和锗的最外层电子（价电子）都是四个。
－ － －
N
+
内电场 外电场
R
E
总结
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向
扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的
反向漂移电流， PN结截止。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
Unilateral conductivity
三、PN结VCR方程
PN结两端的外电压u与流过PN结的电流i之间的关系
P 型半导体
Positive
掺入少量的三价元素硼（或铟） 取代，形成共价键
空位
空穴
产生一个空位
+4
受主 原子
硼原子
+4
吸引束缚电子来填补
硼原子成为不能移动 的负离子
+3
+4
空穴是多子，电子是少子
(3)、杂质半导体的示意表示法
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。 但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。
近似认为多子与杂质浓度相等。
小结
1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。
2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由 电子和空穴对，故其有一定的导电能力。 3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；
－ － －
+ +
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+ +
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自由电子
内电场E
+
空穴
在电场力作用下，载流子产生的运动称为漂移运动
总结
因浓度差 多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
达到平衡，空间电荷区宽度固定不变
二、 PN结的单向导电性
PN 结正向偏置 forward bias
+4
+4
一些价电子获得足够的 能量而脱离共价键束缚
电子空穴对
+4 +4 游离的部分自由电子 也可能回到空穴中去， 称为复合
带负电
空穴
带正电
自由电子
Biblioteka Baidu
本征半导体的两种载流子
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 +4 +4 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移。 +4 +4 空穴的迁移相当于正
电荷的移动，因此可
N区自由电 子浓度远高 于P区。
自由电子 空穴
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散的结果是产生 空间电荷区。
最终扩散和漂移这一对相反的运动达到平衡，相当 电位 V 于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固 V0 定不变。
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i I S (e 1)
IS：反向饱和电流 UT: 温度电压当量， = kT/q，一般取值为26mv；
u UT
k为玻耳曼常数
T为热力学温度 q为电子电荷量
i I S (e 1)
u UT
A
B
C
四、PN结的电容效应
1. 势垒电容 barrier capacity PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发 生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充 放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。