半導(dǎo)體的基本知識(2)

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1、第二節(jié)　半導(dǎo)體的基本知識　　多數(shù)現(xiàn)代電子器件是由性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成的。為了從電路的觀點理解這些器件的性能，首先必須從物理的角度了解它們是如何工作的。一、半導(dǎo)體材料　　從導(dǎo)電性能上看，物質(zhì)材料可分為三大類：　　導(dǎo)體：電阻率ρ<10-4Ω·cm　　絕緣體：電阻率ρ>109Ω·cm　　半導(dǎo)體：電阻率ρ介于前兩者之間?！　∧壳爸圃彀雽?dǎo)體器件的材料用得最多的有：硅和鍺兩種二、本征半導(dǎo)體及本征激發(fā)1、本征半導(dǎo)體　　沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體單晶，叫做本征半導(dǎo)體。2、本征激發(fā)　　當(dāng)溫度升高時，電子吸收能量擺脫共價鍵而形成一對電子和空穴的過

2、程，稱為本征激發(fā)。三、雜質(zhì)半導(dǎo)體　　在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化。因摻入雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為空穴（P）型半導(dǎo)體和電子（N）型半導(dǎo)體兩大類。1、P型半導(dǎo)體　　在本征半導(dǎo)體中摻入少量的三價元素雜質(zhì)就形成P型半導(dǎo)體，P型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是電子?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?、N型半導(dǎo)體　　在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價元素雜質(zhì)就形成N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是電子，少數(shù)載流子是空穴?！　　　　　?返回第三節(jié)　PN結(jié)的形成及特性一、PN結(jié)及其形成過程　　

3、　在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，正負(fù)電荷數(shù)是相等的，它們的作用相互抵消，因此保持電中性。1、載流子的濃度差產(chǎn)生的多子的擴(kuò)散運(yùn)動　　在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合后，在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差，N型區(qū)內(nèi)的電子很多而空穴很少，P型區(qū)內(nèi)的空穴很多而電子很少，這樣電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，因此，有些電子要從N型區(qū)向P型區(qū)擴(kuò)散，也有一些空穴要從P型區(qū)向N型區(qū)擴(kuò)散。2、電子和空穴的復(fù)合形成了空間電荷區(qū)　　電子和空穴帶有相反的電荷，它們在擴(kuò)散過程中要產(chǎn)生復(fù)合（中和），結(jié)果使P區(qū)和N區(qū)中原來的電中性被破壞。P區(qū)失去空穴留下帶負(fù)電的離子，N

4、區(qū)失去電子留下帶正電的離子，這些離子因物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，它們不能移動，因此稱為空間電荷，它們集中在P區(qū)和N區(qū)的交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結(jié)。3、空間電荷區(qū)產(chǎn)生的內(nèi)電場E又阻止多子的擴(kuò)散運(yùn)動　　在空間電荷區(qū)后，由于正負(fù)電荷之間的相互作用，在空間電荷區(qū)中形成一個電場，其方向從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)，由于該電場是由載流子擴(kuò)散后在半導(dǎo)體內(nèi)部形成的，故稱為內(nèi)電場。因為內(nèi)電場的方向與電子的擴(kuò)散方向相同，與空穴的擴(kuò)散方向相反，所以它是阻止載流子的擴(kuò)散運(yùn)動的?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　【C上所述，PN結(jié)中

5、存在著兩種載流子的運(yùn)動。一種是多子克服電場的阻力的擴(kuò)散運(yùn)動；另一種是少子在內(nèi)電場的作用下產(chǎn)生的漂移運(yùn)動。因此，只有當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動與漂移運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡時，空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)建電場才能相對穩(wěn)定。由于兩種運(yùn)動產(chǎn)生的電流方向相反，因而在無外電場或其他因素激勵時，PN結(jié)中無宏觀電流。二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴　N結(jié)在外加電壓的作用下，動態(tài)平衡將被打破，并顯示出其單向?qū)щ姷奶匦浴?、外加正向電壓　　當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓時，外電場與內(nèi)電場的方向相反，內(nèi)電場變?nèi)?，結(jié)果使空間電荷區(qū)（PN結(jié)）變窄。同時空間電荷區(qū)中載流子的濃度增加，電阻變小。這時的外加電壓稱為正

6、向電壓或正向偏置電壓用VF表示?！　≡赩F作用下，通過PN結(jié)的電流稱為正向電流IF。外加正向電壓的電路如圖所示?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?、外加反向電壓　　當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時，外電場與內(nèi)電場的方向相同，內(nèi)電場變強(qiáng)，結(jié)果使空間電荷區(qū)（PN結(jié)）變寬,同時空間電荷區(qū)中載流子的濃度減小，電阻變大。這時的外加電壓稱為反向電壓或反向偏置電壓用VR表示。在VR作用下，通過PN結(jié)的電流稱為反向電流IR或稱為反向飽和電流IS。如下圖所示?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?、PN結(jié)的伏安特性根據(jù)理論分析，PN結(jié)的伏安特性可以表達(dá)

7、為：　　　式中iD為通過PN結(jié)的電流，vD為PN結(jié)兩端的外加電壓；VT為溫度的電壓當(dāng)量=kT/q=T/11600=0.026V，其中k為波爾慈曼常數(shù)（1.38×10-23J/K），T為絕對溫度（300K），q為電子電荷（1.6×10-19C）；e為自然對數(shù)的底；IS為反向飽和電流?！》祷氐谒墓?jié)　半導(dǎo)體二極管一、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)的不同可分為點接觸型和面接觸型兩類?！　↑c接觸型二極管是由一根很細(xì)的金屬觸絲(如三價元素鋁)和一塊半導(dǎo)體(如鍺)的表面接觸，然后在正方向通過很大的瞬時

8、電流，使觸絲和半導(dǎo)體牢固地熔接在一起，三價金屬與鍺結(jié)合構(gòu)成PN結(jié)，并做出相應(yīng)的電極引線，外加管殼密封而成，如圖2.7所示。由于點接觸型二極管金屬絲很細(xì)，形成的PN結(jié)