2019年基本半導(dǎo)體分立器件ppt課件.ppt

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1、電子技術(shù)基礎(chǔ)—模擬電子技術(shù)1第一章基本半導(dǎo)體分立器件1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)與PN結(jié)1.2半導(dǎo)體二極管1.3特殊二極管1.4半導(dǎo)體三極管1.5場(chǎng)效應(yīng)晶體管21.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)與PN結(jié)1.1.1半導(dǎo)體的基本特性1.1.2本征半導(dǎo)體1.1.3雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.4PN結(jié)的形成與單向?qū)щ娦?1.1.1半導(dǎo)體的基本特性導(dǎo)體：電阻率小于10-4Ω.cm，很容易導(dǎo)電，稱為導(dǎo)體.如銅、鋁、銀等金屬材料；絕緣體：電阻率大于1010Ω.cm，很難導(dǎo)電，稱為絕緣體，如塑料、橡膠、陶瓷等材料；半導(dǎo)體：電阻率在10-3~109Ω.cm，導(dǎo)電能

2、力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，例如硅(Si)和鍺(Ge)等半導(dǎo)體材料；4半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因?不是因?yàn)樗膶?dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而是在于半導(dǎo)體材料具有熱敏性、光敏性和摻雜性。5半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因?1、熱敏性：是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度的升高而迅速增加，例如純凈鍺從20℃升高到30℃時(shí)，電阻率下降為原來的1/2；2、光敏性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的變化有顯著改變的特性；例如硫化鎘薄膜在暗處：電阻為幾十MΩ。光照：電阻下降為幾十KΩ3、摻雜性：是半導(dǎo)體導(dǎo)能力，因摻入適量的雜質(zhì)而發(fā)生很大的變化，例如在半導(dǎo)

3、體硅中，只要摻入億分之一的硼雜質(zhì)，電阻率下降到原來的幾萬分之一，利用這一特性，可以制造出不同性能不同用途的半導(dǎo)體器件。6+4+14284+3228184硅(鍺)的原子結(jié)構(gòu)硅鍺硅(鍺)的原子結(jié)構(gòu)簡化模型1.1.2本征半導(dǎo)體SiGe71.1.2本征半導(dǎo)體1、本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)把非常純凈的原子結(jié)構(gòu)排列非常整齊的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。8+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵1.1.2本征半導(dǎo)體A．硅原子電子數(shù)為14，最外層電子為四個(gè)，是四價(jià)元素B、硅原子結(jié)合方式是共價(jià)鍵結(jié)合：(i)每個(gè)價(jià)電子都要受到相鄰兩個(gè)原子核的束縛;

4、(ii)半導(dǎo)體的價(jià)電子既不象導(dǎo)體的價(jià)電子那樣容易掙脫成為自由電子，也不象絕緣體中被束縛，所以其導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間1、本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)——共價(jià)鍵結(jié)合，以硅原子為例9+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵2、本征半導(dǎo)體的激發(fā)與復(fù)合空穴自由電子空穴A、本征激發(fā)—電子、空穴對(duì)的產(chǎn)生B、電子與空穴的復(fù)合D、最后達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡C、空穴是可以移動(dòng)的，其實(shí)是共價(jià)鍵的電子依次填補(bǔ)空穴，形成空穴的移動(dòng)10IIPIN空穴電流電子電流3、自由電子的運(yùn)動(dòng)與空穴的運(yùn)動(dòng)外電路電流圖1-5本征半導(dǎo)體中載流子的導(dǎo)電方式半導(dǎo)體中兩種載流

5、子：帶正電荷的空穴帶負(fù)電荷的自由電子外電場(chǎng)它們?cè)谕怆妶?chǎng)的作用下，會(huì)出現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)本征半導(dǎo)體113、自由電子的運(yùn)動(dòng)與空穴的運(yùn)動(dòng)1、共價(jià)鍵中的電子依次填補(bǔ)空穴，形成空穴的運(yùn)動(dòng)；2、半導(dǎo)體中兩種載流子：(1)一是帶負(fù)電荷的自由電子；二是帶正電荷的空穴，它們?cè)谕怆妶?chǎng)的作用下，會(huì)出現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)(2)在外電場(chǎng)作用下形成電子流IN和空穴流IP(3)在外電路中總電流I=IN+IP121.1.2本征半導(dǎo)體4、本征激發(fā)產(chǎn)生的載流子數(shù)量仍然很少，本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力很差，不能直接用于制造晶體管，只有在本征半導(dǎo)體中摻入適量的雜質(zhì)，極大提高其導(dǎo)電性能

6、，成為雜質(zhì)半導(dǎo)體，才能用于制造各種半導(dǎo)體器件131.1.3雜質(zhì)半導(dǎo)體1、N型半導(dǎo)體N-typeSemiconductor2、P型半導(dǎo)體P-typeSemiconductor14+4+4+4+5+4+41、N型半導(dǎo)體磷原子空穴是少子電子是多子硅原子多數(shù)載流子電子少數(shù)載流子空穴N型半導(dǎo)體簡化模型A、在四價(jià)的本征硅中摻入微量的五價(jià)磷。B、磷原子失去一個(gè)電子自身成不能移動(dòng)的帶正電荷的離子，稱為施主雜質(zhì)。摻入一個(gè)磷原子就提供一個(gè)自由電子,所以電子是多子.C、N型半導(dǎo)體中,電子是多子,空穴是少子I=IP+IN≈IND、整塊的半導(dǎo)體

7、仍為中性15+4+4+4+3+4+42、P型半導(dǎo)體硅原子硼原子A、在四價(jià)的本征硅中摻入微量的3價(jià)硼B(yǎng)、硼原子在共價(jià)鍵留下一個(gè)空位，相鄰硅原子中的價(jià)電子容易移過來填補(bǔ)個(gè)空位。硼原子接受一個(gè)電子，成為帶負(fù)電的離子，稱受主雜質(zhì)；在相鄰硅共價(jià)鍵中產(chǎn)生一個(gè)帶正電的空穴C、P型半導(dǎo)體中：空穴是多子；電子是少子I=IP+IN≈IPD、整塊的半導(dǎo)體仍為中性空穴是多子電子是少子P型半導(dǎo)體簡化模型多數(shù)載流子少數(shù)載流子161.1.4PN結(jié)的形成與單向?qū)щ娦訮型區(qū)N型區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)PN結(jié)(1)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空間電荷區(qū)建立內(nèi)電場(chǎng)(2)隨著內(nèi)電場(chǎng)

8、由弱到強(qiáng)得建立,少子漂移從無到有,逐漸加強(qiáng),而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱,形成平衡的PN結(jié)。1、PN結(jié)(PNJunction)的形成多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散171.1.4PN結(jié)的形成與單向?qū)щ娦訮型區(qū)N型區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)PN結(jié)1、PN結(jié)(PNJunction)的形成182、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)正向偏置(forwardbias外加正向電壓)(2)反