半導(dǎo)體基本知識.ppt

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1、半導(dǎo)體的基本知識1.本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性2.雜質(zhì)半導(dǎo)體3.雜質(zhì)對導(dǎo)電性的影響根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。1.本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性(1)本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)(2)電子空穴對(3)空穴的移動本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。(1）本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)基本概念：價電子共價鍵結(jié)構(gòu)圖1硅原子空間排列及共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖(a)硅晶體的空間排列(b)共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖(c)（2）電子空穴對基本概念：本征激發(fā)自由電子空穴（載流子）復(fù)合圖2本征激發(fā)和復(fù)合的過程(3)空穴的移動自由

2、電子和空穴的定向運動形成了電流圖3空穴在晶格中的移動在本征半導(dǎo)體中：1、電子、空穴成對出現(xiàn)2、均參與導(dǎo)電3、電子、空穴對的數(shù)目與溫度成指數(shù)關(guān)系2.雜質(zhì)半導(dǎo)體(1)N型半導(dǎo)體(2)P型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)(1）N型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）：在本征半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷。圖4N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖(2)P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體(空穴型半導(dǎo)體):在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦。圖5P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖在雜質(zhì)半導(dǎo)體中：N型：電子數(shù)（n）>空穴數(shù)（p）P型：空穴數(shù)（p）>電子數(shù)（n）3.雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電

3、性的影響摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm33以上三個濃度基本上依次相差106/cm3。2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:n=5×1016/cm3PN結(jié)1.PN結(jié)的形成2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的電容效應(yīng)1.PN結(jié)的形成本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。在結(jié)合面上形成PN結(jié)。圖6PN結(jié)的形成過程最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也

4、稱耗盡層。因濃度差?多子的擴(kuò)散運動?由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)?空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場?內(nèi)電場促使少子漂移?內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散PN結(jié)形成過程：2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）什么是單向?qū)щ娦裕?）單向?qū)щ娦缘臋C(jī)理(1)PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況圖7PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。擴(kuò)散電流加大削弱了內(nèi)電場。外加的正向電壓PN結(jié)內(nèi)電場(2)PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流圖8PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性擴(kuò)散電流減小加強(qiáng)了

5、內(nèi)電場外加的反向電壓PN結(jié)內(nèi)電場3.PN結(jié)的電容效應(yīng)1.勢壘電容CB2.擴(kuò)散電容CD(1)勢壘電容CB圖9勢壘電容示意圖外加電壓變化空間電荷區(qū)的厚度改變多子濃度梯度變化(2)擴(kuò)散電容CD外加正向電壓變化圖10擴(kuò)散電容示意圖在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.11（a）、（b）、（c）所示。(1)點接觸型二極管——PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(2)面接觸型二極管——PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(3)平面型二極管—往往用于集成電路制造工藝中。P

6、N結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。雙極型半導(dǎo)體三極管1、雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)2、雙極型半導(dǎo)體三極管電流的分配與控制3、雙極型半導(dǎo)體三極管的電流關(guān)系1.雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)圖兩種極性的雙極型三極管e-b間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)(Je)c-b間的PN結(jié)稱為集電結(jié)(Jc)中間部分稱為基區(qū)，連上電極稱為基極，用B或b表示（Base）；一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示（Collector）。1、發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實際方向。2、發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜濃度低;集電結(jié)面

7、積大;基區(qū)要制造得很薄。圖：三極管符號2.三極管的電流分配與控制圖三極管的電流傳輸關(guān)系放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。工作時一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。IE=IEN+IEP且有IEN>>IEPIEN=ICN+IBN且有IEN>>IBN，ICN>>IBNIC=ICN+ICBOIB=IEP+IBN－ICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)IE=IC+IB3、雙極型半導(dǎo)體三極管的電流關(guān)系(1)三種組態(tài)共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法，基極作為公共電極，用

8、CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；三極管的三種組態(tài)(2)三