模电-半导体特性、PN结形成及特性.ppt

半导体的特性、PN结的形成及特性
主要内容
什么是半导体?
本征半导体
杂质半导体
P型半导体
N型半导体
PN结的形成及特性
目的与要求
了解本征半导体的结构和特征
理解杂质半导体的结构和特征
牢固掌握P型和N型半导体的特点
理解PN结的形成机理,掌握其单向导电性
重点:PN结的单向导电性
难点:PN结的形成机理
半导体的导电性能由其原子结构决定的。
一、什么是半导体?
导体:电阻率< 10-4 · cm 的物质。如铜、银、铝等金属材料。
绝缘体:电阻率> 109 · cm 物质。如橡胶、塑料等。
半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si)和锗(Ge)。
硅原子结构
(a)硅的原子结构图
最外层电子称价电子
价电子
锗原子也是 4 价元素。
4 价元素的原子常常用+ 4 电荷的
正离子和周围 4个价电子表示。
+4
(b)简化模型
一、什么是半导体?
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
二、本征半导体
本征半导体:完全纯净的(9个9)、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体。
单晶体中的共价键结构
共价键
价电子
当温度 T = 0 K 时,本征半导体不导电,如同绝缘体。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
二、本征半导体
本征激发
自由电子
空穴
若温度升高,将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子,在原来的共价键中留下一个空位——空穴。
本征半导体具有微弱的导电能力,且导电能力与温度有关
空穴可看成带正电的载流子
(热激发)
电子和空穴产生过程动画演示
二、本征半导体
二、本征半导体
自由电子-空穴对:本征半导体中,自由电子和空穴总是成对出现的。(成双配对)
两种载流子
自由电子
空穴
复合
由于物质的运动,自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。
在一定的温度下,产生与复合运动会达到动态平衡,载流子的浓度就一定了。
载流子的浓度与温度密切相关:随着温度的升高,基本按指数规律增加。
在外电场作用下
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
U
本征半导体导电能力
电子运动形成电子电流
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
U
本征半导体导电能力
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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+4
+4
U
本征半导体导电能力