常用半導體器件原理1A本征半導體PPT課件

1、 1 第四章第四章 常用半導體器件原理常用半導體器件原理常用半導體器件原理常用半導體器件原理(1A)本征半導體本征半導體孫肖子西電絲綢之路云課堂西電絲綢之路云課堂 2 第四章第四章 常用半導體器件原理常用半導體器件原理2.1 半導體物理基礎(chǔ)半導體物理基礎(chǔ)2.2 晶體二極管及其應用晶體二極管及其應用2.3 晶體三極管原理、特性及參數(shù)晶體三極管原理、特性及參數(shù)2.4 場效應場效應管原理、特性及參數(shù)管原理、特性及參數(shù)2.5 晶體三極管及場效應管低頻小信號模型晶體三極管及場效應管低頻小信號模型 3 第四章第四章 常用半導體器件原理常用半導體器件原理2.1半導體物理基礎(chǔ)半導體物理基礎(chǔ) 半導體的導電能力隨

2、半導體的導電能力隨溫度、光照和摻雜溫度、光照和摻雜等因素發(fā)生顯著等因素發(fā)生顯著變化，這些特點使它們成為制作半導體元器件的重要材料。變化，這些特點使它們成為制作半導體元器件的重要材料。導體導體：對電信號有良好的導通性，如絕大多數(shù)金屬，電解液，以及電離氣體。：對電信號有良好的導通性，如絕大多數(shù)金屬，電解液，以及電離氣體。絕緣體絕緣體：對電信號起阻斷作用，如玻璃和橡膠，其電阻率介于：對電信號起阻斷作用，如玻璃和橡膠，其電阻率介于108 1020 m。 半導體半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間，如硅：導電能力介于導體和絕緣體之間，如硅 (Si) 、鍺、鍺 (Ge) 和砷化鎵和砷化鎵 (GaAs)2.

3、1.1 半導體與絕緣體、導體的區(qū)別半導體與絕緣體、導體的區(qū)別絕緣體絕緣體半導體半導體導導 體體 4 第四章第四章 常用半導體器件原理常用半導體器件原理2.1.2本征半導體本征半導體 純凈的硅和鍺單晶體稱為本征半導體。純凈的硅和鍺單晶體稱為本征半導體。硅和鍺的原子最外層軌道上都有四個電子，稱為價電子，硅和鍺的原子最外層軌道上都有四個電子，稱為價電子，其物理化學性質(zhì)很大程度上取決于最外層的價電子，所以研其物理化學性質(zhì)很大程度上取決于最外層的價電子，所以研究中硅和鍺原子可以用簡化模型代表究中硅和鍺原子可以用簡化模型代表 。4 +4 帶一個單位負電荷的價電子 最外層軌道 帶四個單位正電荷的原子核部分

4、+14 +32 5 第四章第四章 常用半導體器件原理常用半導體器件原理每個原子最外層軌道上每個原子最外層軌道上的四個價電子為相鄰原子核的四個價電子為相鄰原子核所共有，形成共價鍵。共價所共有，形成共價鍵。共價鍵中的價電子是不能導電的鍵中的價電子是不能導電的束縛電子。束縛電子。 +4 價電子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 共價鍵 當當價電子獲得足夠大的能量，掙脫共價鍵價電子獲得足夠大的能量，掙脫共價鍵的束縛，游離出去，成為自由電子，并在共價的束縛，游離出去，成為自由電子，并在共價鍵處留下帶有一個單位的正電荷的空穴。這個鍵處留下帶有一個單位的正電荷的空穴。這個過程稱為本征激發(fā)。過程

5、稱為本征激發(fā)。本征激發(fā)產(chǎn)生成對的自由電子和空穴，所本征激發(fā)產(chǎn)生成對的自由電子和空穴，所以本征半導體中自由電子和空穴的數(shù)量相等。以本征半導體中自由電子和空穴的數(shù)量相等。晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 空穴 +4 +4 +4 +4 自由電子 )()(TpTnii 6 第四章第四章 常用半導體器件原理常用半導體器件原理 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 空穴移動方向 價電子移動方向 本征半導體中出現(xiàn)了帶負電的自本征半導體中出現(xiàn)了帶負電的自由電子和帶正電的空穴，二者都可由電子和帶正電的空穴，二者都可以參與導電，統(tǒng)稱為以參與導電，統(tǒng)稱為載流子載流子。 自由電子和空穴在自由移動過程自由電子和空穴在自

6、由移動過程中相遇時，自由電子填入空穴，釋放中相遇時，自由電子填入空穴，釋放出能量，從而消失一對載流子，這個出能量，從而消失一對載流子，這個過程稱為復合，過程稱為復合，復合是激發(fā)的逆過程復合是激發(fā)的逆過程。 空穴 +4 +4 +4 +4 自由電子 6 7 第四章第四章 常用半導體器件原理常用半導體器件原理分別用分別用ni和和pi表示自由電子和空穴的濃度表示自由電子和空穴的濃度 (cm-3) ，kTEeTApn2230ii0G其中其中 T 為為絕對絕對溫度溫度 (K) ；EG0 為為T = 0 K時的禁帶寬度，硅原子為時的禁帶寬度，硅原子為1.21 eV，鍺為，鍺為0.78 eV；k = 8.63 10 5 eV / K為玻爾茲曼常數(shù)；為玻爾茲曼常數(shù)；A0為常數(shù)為常數(shù) ,濃度與溫度關(guān)系極大濃度與溫度關(guān)系極大!7結(jié)論：結(jié)論：硅的溫度穩(wěn)定性比鍺好硅的溫度穩(wěn)定性比鍺好, 這是集成電路多用硅材料的重要原因！這是集成電路多用硅材料的重