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集成电子技术基础教程 CJ Q第一篇电子器件基础第二章半导体器件的工作机理 1 集成电子技术基础教程 CJ Q 半导体材料与 PN结?半导体材料: 硅( Si) ,锗( Ge) ,***化锗( GaAs) ?半导体的导电特性**导电能力:介于导体和绝缘体之间** **电阻率:10 -3 -----10 -9 ** ** PN 结是理解半导体器件的基础** 2 集成电子技术基础教程 CJ Q?纯净(本征) SI原子晶体结构?载(电)流子:空穴,电子?载流子浓度(室温:三万亿分子一) / 2 3 / 2 3 ( ) ( ) G E kT i i n T p T AT e cm ??? ??载流子浓度与温度关系*T每升 10 度,浓度增一倍* 本征激发 1本征激发 2 3 集成电子技术基础教程 CJ Q?掺5价元素( 磷等) ?多数载流子(施主原子): 电子?少数载流子子:空穴?N( Negative )型掺杂半导体*掺杂浓度百万分之一* *多数载流子主要由掺杂浓度决定,热激发可忽略不计* ?杂质半导体的电子空穴浓度关系 22.. iiiinpnpnp??? 4 集成电子技术基础教程 CJ Q?掺3价元素( 硼、***等) ?多数载流子(施主原子): 空穴?少数载流子子:电子? P(Positive )型掺杂半导体*掺杂浓度百万分之一* *多数载流子主要由掺杂浓度决定,热激发可忽略不计* ?杂质半导体的电子空穴浓度关系 22.. iiiinpnpnp??? 5 集成电子技术基础教程 CJ Q?载流子的运动方式?扩散运动(截流子浓度不平衡产生) ?漂移运动外电场作用引起 6 集成电子技术基础教程 CJ Q? PN 结( PN Junction ) ?将P型半导体和 N型半导体“焊接”在一起(1)多子扩散产生内建电场**扩散与漂移达到动态平衡** (2)内建电场阻止多子扩散(3)内建电场促进少子漂移 PN 结空间电荷层阻挡层耗尽层 7 集成电子技术基础教程 CJ Q?不对称 PN 结( PN Junction ) 8 集成电子技术基础教程 CJ Q? PN 结的单向导电特性 1、正偏( Forward-Biased ) (1)外建电场削弱内电场,空间电荷区变薄(2)多子扩散增强,少子漂移作用减弱。多子占优 PN 结正向特性(3)正偏时 PN结有较强导电能力,相当于一个小电阻( 低阻) 9 集成电子技术基础教程 CJ Q2、反偏( Reverse-Biased ) (1)外建电场与内电场一致空间,空间电荷区变厚(2)多子扩散减弱,少子漂移增强。少子占优(3)少子浓度很低,导电能力弱, PN结反偏时等效大电阻( 高阻) (4)少子浓度与与温度密切,反向导电能力随 T变化 PN 结反向特性 10