模電全套課件2教程文件.ppt

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1、模電全套課件23.1半導(dǎo)體的基本知識3.1.1半導(dǎo)體材料3.1.2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)3.1.3本征半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體3.1.1半導(dǎo)體材料1.導(dǎo)體：電阻率??10-4?·cm的物質(zhì)。如銅、銀、鋁等金屬材料。2.絕緣體：電阻率??109?·cm的物質(zhì)。如橡膠、塑料等。3.半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。大多數(shù)半導(dǎo)體器件所用的主要材料是硅(Si)和鍺(Ge)。半導(dǎo)體導(dǎo)電性能是由其原子結(jié)構(gòu)決定的。具有熱敏性、光敏性、摻雜性。最外層電子稱價電子價電子4價元素的原子常用+4電荷的正離子和周圍4個價電子

2、表示。+4硅晶體共價鍵平面結(jié)構(gòu)硅的原子結(jié)構(gòu)圖3.1.2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵+4+4+4+4+4+4+4+4+4價電子3.1.3本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。當溫度T=0K時，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。本征激發(fā)——本征半導(dǎo)體在熱（或光照）作用下產(chǎn)生電子空穴對的現(xiàn)象。自由電子和空穴載流子復(fù)合若T?，將有少數(shù)價電子克服共價鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價鍵中留下一個空位——空穴。T?自由電子和空穴使本征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，但很微弱。本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，稱為電子

3、-空穴對。由于物質(zhì)的運動，自由電子和空穴不斷的產(chǎn)生又不斷的復(fù)合。在一定的溫度下，產(chǎn)生與復(fù)合運動會達到平衡，載流子的濃度就一定了。載流子的濃度與溫度密切相關(guān)，它隨著溫度的升高，基本按指數(shù)規(guī)律增加。空穴自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+43.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)所形成的半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體有N型和P型兩大類。在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等，即構(gòu)成P型半導(dǎo)體。3價雜質(zhì)原子稱為受主原子。P型半導(dǎo)體空穴受主原子+3N型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價

4、雜質(zhì)元素，如磷、銻、砷等，即構(gòu)成N型半導(dǎo)體。施主原子5價雜質(zhì)原子稱為施主原子。雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度在P（N）型半導(dǎo)體中，空穴（自由電子）濃度多于自由電子（空穴）濃度，即p>>n（n>>p）?？昭ǎㄗ杂呻娮樱槎鄶?shù)載流子，自由電子（空穴）為少數(shù)載流子。雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的濃度遠大于少數(shù)載流子的濃度，雜質(zhì)半導(dǎo)體中的電流基本上是多數(shù)載流子的電流；雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力遠大于本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)可以大大提高其導(dǎo)電能力。3.2PN結(jié)的形成及特性3.2.1載流子的漂移與擴散3.2.2PN結(jié)的

5、形成3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.2.4PN結(jié)的反向擊穿3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)3.2.1載流子的漂移與擴散漂移——載流子在內(nèi)電場作用下的運動。擴散——由濃度差而產(chǎn)生的運動。在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層，稱為PN結(jié)。3.2.2PN結(jié)的形成PNPN結(jié)耗盡層空間電荷區(qū)PN擴散運動——耗盡層。PN電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴散運動。2.擴散運動形成空間電荷區(qū)3.空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場PN內(nèi)電場空間電荷區(qū)vD空間電荷區(qū)正負離子之間電

6、位差vD——內(nèi)電場；內(nèi)電場阻止多子的擴散——阻擋層。4.漂移運動內(nèi)電場有利于少子運動——漂移。少子的運動與多子運動方向相反阻擋層5.擴散與漂移的動態(tài)平衡擴散運動使空間電荷區(qū)增大，擴散電流逐漸減小；隨著內(nèi)電場的增強，漂移運動逐漸增加；當擴散電流與漂移電流相等時，PN結(jié)總的電流等于零，空間電荷區(qū)的寬度達到穩(wěn)定。即擴散運動與漂移運動達到動態(tài)平衡。電壓vD，硅材料約為（0.6～0.8）V,鍺材料約為（0.2～0.3）V?？臻g電荷區(qū)的寬度約為幾微米～幾十微米；3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦援擯N結(jié)正向偏置時，回路中將產(chǎn)生

7、一個較大的正向電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；當PN結(jié)反向偏置時，回路中反向電流非常小，幾乎等于零，PN結(jié)處于截止狀態(tài)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴？臻g電荷區(qū)外電場方向VRI1.PN外加正向電壓外電場與內(nèi)電場方向相反?耗盡區(qū)變窄，內(nèi)電場削弱?有利于擴散，擴散電流遠大于漂移電流?正向電流很大。內(nèi)電場方向PN當PN結(jié)正向偏置時，回路中將產(chǎn)生一個較大的正向電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)?？臻g電荷區(qū)PN外電場方向內(nèi)電場方向VRIS2.PN外加反向電壓外電場與內(nèi)電場方向相同?耗盡區(qū)變寬，內(nèi)電場增強?阻止擴散運動，擴散電流和漂移電流均很小

8、?反向電流很小。當PN結(jié)反向偏置時，回路中反向電流非常小，幾乎等于零，PN結(jié)處于截止狀態(tài)。當PN結(jié)兩端加正向偏置時，電壓vD為正值，當vD比nVT大幾倍時，二極管的電流iD與電壓vD成指數(shù)關(guān)系。3.PN結(jié)伏安特性的表達式當PN結(jié)兩端加反向偏置時，電壓vD為負值，當

9、vD

10、比nVT大幾倍時，二極管的電流iD是個常數(shù)。IS：反向飽和電流；n：發(fā)射系數(shù)，其值在1?2之間；VT：溫度的電壓當量，在常溫(30