常用半导体器件PN结及二极管.ppt

2017-3-4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) 2017-3-4 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 2017-3-4 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: 结的形成 3 .PN 结单向导电性重点难点 2017-3-4 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 2017-3-4 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)。 2017-3-4 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) 。 2017-3-4 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 2017-3-4 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 2017-3-4 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 2017-3-4 典型值: T=0 K,浓度 0,相当于绝缘体。 T=300K (室温) , 硅: 10 10量级(硅原子: 10 22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) )2 /(2/31 kT E ii GOeTKpn ???