电气基础(半导体元器件)3.ppt

电气基础
——制造大类各专业
半导体器件
丁薇
半导体器件

物质按导电能力的不同可分为导体、半导体和绝缘体3类。日常生活中接触到的金、银、铜、铝等金属都是良好的导体,它们的电导率在105S·cm-1量级;而像塑料、云母、陶瓷等几乎不导电的物质称为绝缘体,它们的电导率在10-22~10-14S·cm-1量级;导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体,它们的电导率在10-9~102S·cm-1量级。自然界中属于半导体的物质有很多种类,目前用来制造半导体器件的材料大多是提纯后的单晶型半导体,主要有硅(Si)、锗(Ge)和***化镓(GaAs)等。
半导体器件
1. 本征半导体和掺杂半导体
本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体。
杂质半导体:在纯净的半导体中加入微量的杂质元素
后形成的半导体。
杂质半导体
N性半导体(电子性半导体)——掺入5价的杂质元素如磷(P),多数载流子是自由电子。
P性半导体(空穴性半导体)——掺入3价的杂质元素如硼(B),多数载流子是空穴。
半导体器件
这是硅和锗构成的共价键结构示意图
晶体结构中的共价键具有很强的结合力,在热力学零度和没有外界能量激发时,价电子没有能力挣脱共价键束缚,这时晶体中几乎没有自由电子,因此不能导电
硅和锗的简化原子模型。
半导体器件
当半导体的温度升高或受到光照等外界因素的影响时,某些共价键中的价电子因热激发而获得足够的能量,因而能脱离共价键的束缚成为自由电子,同时在原来的共价键中留下一个空位,称为“空穴”。
半导体器件
不论是N型半导体还是P型半导体,虽然都有一种载流子占多数,但晶体中带电粒子的正、负电荷数相等,仍然呈电中性而不带电。
应注意:
半导体之所以得到广泛的应用,是因为它具有以下特性。
2. 半导体的独特性能
(1) 热敏性。温度可明显地改变半导体的电导率。利用这种热敏效应可制成热敏器件。
(2)光敏性。光照不仅可改变半导体的电导率,还可以产生电动势,这就是半导体的光电效应。利用光电效应可制成光敏电阻、光电晶体管、光电耦合器和光电池等。
(3)掺杂性。通过掺入杂质可明显地改变半导体的电导率。例如,室温30°C时,在纯净锗中掺入一亿分之一的杂质(称掺杂),其电导率会增加几百倍。
空间电荷区
3、PN结的形成及单相导电
在一定条件(例如温度一定)下,多数载流子的扩散运动逐渐减弱,而少数载流子的漂移运动则逐渐增强,最后两者达到动态平衡,空间电荷区的宽度基本稳定下来,PN结就处于相对稳定的状态。
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PN结的形成演示
空间电荷区(如上图所示),也就是PN结,又叫耗尽层。
P区
N区
空间电荷区
对于电场线的复****br/>一、电场线:在电场中人为做出的表达电场的强弱和方向的一系列假想曲线。
二、电场线性质:
,不是真实的
(或无穷远)止于负电荷(或无穷远)
。
。线上某点的切线方向表示该点的电场方向
三、对于均匀电场
四、电场的叠加:遵从平行四边形定则
半导体器件
PN结的单向导电性
加正向电压时,空间电荷区变窄,PN结处于导通状态。
半导体器件
加反向电压时,空间电荷区变宽,PN结处于截止状态。
PN结的“正偏导通,反偏阻断”称为其单向导电性质,这正是PN结构成半导体器件的基础。