第1章 常用半导体器件pn结及二极管.ppt

2018/5/19
模拟电子技术基础
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
主讲:赵建辉
第一章常用半导体器件(1)
2018/5/19
半导体基础知识
半导体二极管
双极性晶体管
场效应管
单结晶体管和晶闸管
集成电路中的元件
第1章常用半导体器件
本节课内容
2018/5/19
半导体基础知识
本征半导体
杂质半导体
PN结
重点:PN结原理、伏安特性及电流方程。
难点:


重点难点
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导体自然界中容易导电的物质称为导体,如金、银、铜、铝等金属(p=)。
绝缘体有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、***化镓和一些硫化物、氧化物等。
导体、半导体与绝缘体
本质: 决定于原子结构(最外层电子分布)
一、半导体
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半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点。例如:
热敏/光敏特性。当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。D/CMOS光电耦合器件等(优点),受温度变化影响大(缺点)。
掺杂特性。往纯净的半导体中掺入某些杂质,使它的导电能力明显改变。如制作二极管、三极管器件(优点),但是温度敏感(缺点)。
半导体特性
可控性。外电压控制(单向导电、放大)。
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本征半导体
二、本征半导体的原子结构
Ge
Si
Si
纯净的具有晶体结构的半导体为本征半导体。纯度:%(简称9个9)。常用材料是硅和锗。
Ge
最外层电子分布
最外层电子(价电子)都是四个(共价键)。
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纯净半导体通过一定工艺过程,可制成单晶体(本征半导体)。
每个原子与其相临的原子之间形成共价键,共用一对价电子,结构稳定。
本征半导体晶体结构
正方体晶格点阵
本征半导体平面结构示意图
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三、本征半导体的两种载流子
自由电子
空穴
束缚电子
本征激发:在常温下,由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,带负电,同时共价键上留下一个空位,称为空穴,带正电。
本征激发(自由电子/孔穴)
?问题:整个半导体电性
(空穴—自由电子成对出现或者消失)
视频
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本征半导体的导电机理
两种载流子:自由电子和空穴均参与移动(导电)。
电子移动形成电子电流。空穴移动形成空穴电流。移动方向相反,电流方向相同。本征半导体电流为二者之和。
本征半导体的导电能力很弱(原因:本征激发少)。
+4
+4
+4
+4
两种载流子导电机理
视频
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典型值:
T=0K,浓度 0,相当于绝缘体。
T=300K(室温), 硅:1010 量级(硅原子: 1022 量级)
一定温度下,本征激发与复合动态平衡,载流子浓度一定。且电子与空穴的浓度相等:
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
四、本征半导体中载流子浓度
载流子的浓度与环境密切相关。温度大浓度大本征半导体的导电能力越强。
优点:(热敏/光敏器件)
缺点:(温度稳定性差原因,电子线路环境温度问题)