电子技术基础模拟部分.pptx
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1、电子技术基础模拟部分 3、1、1 半导体材料半导体材料 根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻率)得不同得不同,来划分来划分导体、绝缘体与半导体。导体、绝缘体与半导体。典型得半导体有硅典型得半导体有硅SiSi与锗与锗GeGe以及砷化镓以及砷化镓GaAsGaAs等。等。3、1、2 半导体得共价键结构半导体得共价键结构硅与锗得原子结构简化模型及晶体结构硅与锗得原子结构简化模型及晶体结构 3、1、3 本征半导体本征半导体本本征征半半导导体体化化学学成成分分纯纯净净得得半半导导体体。它它在在物物理理结结构构上上呈呈单单晶晶体形态。体形态。空穴空穴共价键中得空位共价键中得空位。电子空穴对电子空穴对
2、由热激发而由热激发而产生得自由电子与空穴对。产生得自由电子与空穴对。空穴得移动空穴得移动空穴得运动空穴得运动就是靠相邻共价键中得价电就是靠相邻共价键中得价电子依次充填空穴来实现得。子依次充填空穴来实现得。由于随机热振动致使共价键被打破而产生由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴电子对空穴电子对 3、1、4 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质,可使半导体得导电性发生显著变化。掺入得杂质可使半导体得导电性发生显著变化。掺入得杂质主要就是三价或五价元素。掺入杂质得本征半导主要就是三价或五价元素。掺入杂质得本征半导体称为杂质半导体。体称
3、为杂质半导体。N N型半导体型半导体掺入五价杂质元素掺入五价杂质元素(如磷如磷)得半得半导体。导体。P P型半导体型半导体掺入三价杂质元素掺入三价杂质元素(如硼如硼)得半导得半导体。体。1 1、N N型半导体型半导体 3、1、4 杂质半导体杂质半导体 因五价杂质原子中因五价杂质原子中只有四个价电子能与周只有四个价电子能与周围四个半导体原子中得围四个半导体原子中得价电子形成共价键价电子形成共价键,而而多余得一个价电子因无多余得一个价电子因无共价键束缚而很容易形共价键束缚而很容易形成自由电子。成自由电子。在在N N型半导体中自由电子就是多数载流子型半导体中自由电子就是多数载流子,它主要由杂质原它主
4、要由杂质原子提供子提供;空穴就是少数载流子空穴就是少数载流子,由热激发形成。由热激发形成。提供自由电子得五价杂质原子因带正电荷而成为正离子提供自由电子得五价杂质原子因带正电荷而成为正离子,因因此五价杂质原子也称为施主杂质。此五价杂质原子也称为施主杂质。2 2、P P型半导体型半导体 3、1、4 杂质半导体杂质半导体 因三价杂质原子因三价杂质原子在与硅原子形成共价在与硅原子形成共价键时键时,缺少一个价电缺少一个价电子而在共价键中留下子而在共价键中留下一个空穴。一个空穴。在在P P型半导体中空穴就是多数载流子型半导体中空穴就是多数载流子,它主要由掺杂形成它主要由掺杂形成;自自由电子就是少数载流子由
5、电子就是少数载流子,由热激发形成。由热激发形成。空穴很容易俘获电子空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。三价杂质使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。因而也称为受主杂质。3、杂质对半导体导电性得影响杂质对半导体导电性得影响 3、1、4 杂质半导体杂质半导体 掺入杂质对本征半导体得导电性有很大得影响掺入杂质对本征半导体得导电性有很大得影响,一些典型得数据如下一些典型得数据如下:T=300 K室温下室温下,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm31 本征硅的原子浓度本征硅的原子浓度:4.961022/cm3 3以上三个浓度基本上依次相差以上三个
6、浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm3 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 本节中得有关概念本节中得有关概念 自由电子、空穴自由电子、空穴 N N型半导体、型半导体、P P型半导体型半导体 多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子 施主杂质、受主杂质施主杂质、受主杂质end3、2 PN结得形成及特性结得形成及特性 3、2、2 PN结得形成结得形成 3、2、3 PN结得单向导电性结得单向导电性 3、2、4 PN结得反向击穿结得反向击穿 3、2、5 PN结得电容效应结得电容效应 3、2、1 载流子
7、得漂移与扩散载流子得漂移与扩散 3、2、1 载流子得漂移与扩散载流子得漂移与扩散漂移运动漂移运动:在电场作用引起得载流子得运动称为漂移运动。在电场作用引起得载流子得运动称为漂移运动。扩散运动扩散运动:由载流子浓度差引起得载流子得运动称为扩散由载流子浓度差引起得载流子得运动称为扩散运动。运动。大家学习辛苦了,还是要坚持继续保持安静继续保持安静 3、2、2 PN结得形成结得形成 3、2、2 PN结得形成结得形成 在一块本征半导体两侧通过扩散不同得杂质在一块本征半导体两侧通过扩散不同得杂质,分别形成分别形成N N型半导体与型半导体与P P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N N型半型半导体与导体与
8、P P型半导体得结合面上形成如下物理过程型半导体得结合面上形成如下物理过程:因浓度差因浓度差 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子得扩散与少子得漂移达到动态平衡。多子得扩散与少子得漂移达到动态平衡。多子得扩散运动多子得扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 对于对于P P型半导体和型半导体和N N型半导体结合面,离型半导体结合面,离子薄层形成的空间电荷区称为子薄层形成的空间电荷区称为PNPN结。结。在空间电荷区,由于缺少多子,所以也在空间电荷区,由于缺少多子,所以也称耗尽层。称耗尽
9、层。3、2、3 PN结得单向导电性结得单向导电性 当外加电压使当外加电压使PNPN结中结中P P区得电位高于区得电位高于N N区得电位区得电位,称为加正称为加正向电压向电压,简称正偏简称正偏;反之称为加反向电压反之称为加反向电压,简称反偏。简称反偏。(1)PN(1)PN结加正向电压时结加正向电压时 低电阻低电阻 大得正向扩散电流大得正向扩散电流 3、2、3 PN结得单向导电性结得单向导电性 当外加电压使当外加电压使PNPN结中结中P P区得电位高于区得电位高于N N区得电位区得电位,称为加正称为加正向电压向电压,简称正偏简称正偏;反之称为加反向电压反之称为加反向电压,简称反偏。简称反偏。(2)
10、PN(2)PN结加反向电压时结加反向电压时 高电阻高电阻 很小得反向漂移电流很小得反向漂移电流 在一定的温度条件下,由本征激在一定的温度条件下,由本征激发决定的少子浓度是一定的,故少子发决定的少子浓度是一定的,故少子形成的漂移电流是恒定的,基本上与形成的漂移电流是恒定的,基本上与所加反向电压的大小无关,这个电流所加反向电压的大小无关,这个电流也称为反向饱和电流。也称为反向饱和电流。PNPN结加正向电压时结加正向电压时,呈现低电阻呈现低电阻,具有较大得正向扩散电流具有较大得正向扩散电流;PNPN结加反向电压时结加反向电压时,呈现高电阻呈现高电阻,具具有很小得反向漂移电流。有很小得反向漂移电流。由
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