半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)        一:本征半導(dǎo)體純凈晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體我們稱之為本征半導(dǎo)體。常用的半導(dǎo)體材料有：硅和鍺。它們都是四價(jià)元素，原子結(jié)構(gòu)的最外層軌道上有四個(gè)價(jià)電子，當(dāng)把硅或鍺制成晶體時(shí)，它們是靠 共價(jià)鍵的作用而緊密聯(lián)系在一起。共價(jià)鍵中的一些價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)獲得一些能量，從而擺脫共價(jià)鍵的約束成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵上留下空位，我們稱這些空位為空穴，它帶正電。我們用晶體結(jié)構(gòu)示意圖來(lái)描述一下；如圖（1）所示：圖中的虛線代表共價(jià)鍵。  在外電場(chǎng)作用下，自由電子產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電子電流；同時(shí)價(jià)電子

2、也按一定的方向一次填補(bǔ)空穴，從而使空穴產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成空穴電流。   因此，在晶體中存在兩種載流子，即帶負(fù)電自由電子和帶正電空穴，它們是成對(duì)出現(xiàn)的。二：雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中兩種載流子的濃度很低，因此導(dǎo)電性很差。我們向晶體中有控制的摻入特定的雜質(zhì)來(lái)改變它的導(dǎo)電性，這種半導(dǎo)體被稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中，摻入5價(jià)元素，使晶體中某些原子被雜質(zhì)原子所代替，因?yàn)殡s質(zhì)原子最外層有5各價(jià)電子，它與周圍原子形成共價(jià)鍵后，還多余一個(gè)自由電子，因此使其中的空穴的濃度遠(yuǎn)小于自由電子的濃度。但是，電子的濃度與空穴的濃度的乘積是一個(gè)常數(shù)，與摻雜無(wú)關(guān)。 在N型半導(dǎo)體中

3、自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。2.P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中，摻入3價(jià)元素，晶體中的某些原子被雜質(zhì)原子代替，但是雜質(zhì)原子的最外層只有3個(gè)價(jià)電子，它與周圍的原子形成共價(jià)鍵后，還多余一個(gè)空穴，因此使其中的空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子的濃度。在P型半導(dǎo)體中，自由電子是少數(shù)載流子，空穴使多數(shù)載流子。三：異形半導(dǎo)體接觸現(xiàn)象在形成的PN結(jié)中，由于兩側(cè)的電子和空穴的濃度相差很大，因此它們會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：電子從N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散；空穴從P去向N區(qū)擴(kuò)散。因?yàn)樗鼈兌际菐щ娏Ｗ?，它們向另一?cè)擴(kuò)散的同時(shí)在N區(qū)留下了帶正電的空穴，在P區(qū)留下了帶負(fù)電的雜質(zhì)離子，這樣就形成了空間電荷區(qū)，也就是形成了電場(chǎng)(自建場(chǎng)).它們的形成

4、過(guò)程如圖（1），（2）所示 在電場(chǎng)的作用下，載流子將作漂移運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)方向與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。電場(chǎng)的強(qiáng)弱與擴(kuò)散的程度有關(guān)，擴(kuò)散的越多，電場(chǎng)越強(qiáng)，同時(shí)對(duì)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力也越大，當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，通過(guò)界面的載流子為0。此時(shí)，PN結(jié)的交界區(qū)就形成一個(gè)缺少載流子的高阻區(qū)，我們又把它稱為阻擋層或耗盡層。四：PN結(jié)的單向?qū)щ娦晕覀冊(cè)赑N結(jié)兩端加不同方向的電壓，可以破壞它原來(lái)的平衡，從而使它呈現(xiàn)出單向?qū)щ娦浴?.PN結(jié)外加正向電壓PN結(jié)外加正向電壓的接法是P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極。這時(shí)外加電壓形成電場(chǎng)的方向與自建場(chǎng)的方向相反，從而使阻擋層變窄，擴(kuò)散作用大于漂移作

5、用，多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散形成正向電流，方向是從P區(qū)指向N區(qū)。如圖（1）所示這時(shí)的PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)，它所呈現(xiàn)的電阻為正向電阻，正向電壓越大，電流也越大。它的關(guān)系是指數(shù)關(guān)系：                 其中：ID為流過(guò)PN結(jié)的電流，U為PN結(jié)兩端的電壓，UT=kT/q稱為溫度電壓當(dāng)量，其中，k為波爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，q為電子電量，在室溫下（300K）時(shí)UT=26mv，IS為反向飽和電流。這個(gè)公式我們要掌握好！2.PN結(jié)外加

6、反向電壓它的接法與正向相反，即P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正極。此時(shí)的外加電壓形成電場(chǎng)的方向與自建場(chǎng)的方向相同，從而使阻擋層變寬，漂移作用大于擴(kuò)散作用，少數(shù)載流子在電場(chǎng)的作用下，形成漂移電流，它的方向與正向電壓的方向相反，所以又稱為反向電流。因反向電流是少數(shù)載流子形成，故反向電流很小，即使反向電壓再增加，少數(shù)載流子也不會(huì)增加，反向電壓也不會(huì)增加，因此它又被稱為反向飽和電流。即：ID=-IS此時(shí)，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，呈現(xiàn)的電阻為反向電阻，而且阻值很高。由以上我們可以看出：PN結(jié)在正向電壓作用下，處于導(dǎo)通狀態(tài)，在反向電壓的作用下，處于截止?fàn)顟B(tài)，因此PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?#160; 它的電流和電

7、壓的關(guān)系通式為： 它被稱為伏安特性方程，如圖（3）所示為伏安特性曲線。五：三極管的結(jié)構(gòu)及類型通過(guò)工藝的方法,把兩個(gè)二極管背靠背的連接起來(lái)級(jí)組成了三極管。按PN結(jié)的組合方式有PNP型和NPN型，它們的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)圖分別為：如圖（1）、（2）所示不管是什麼樣的三極管，它們均包含三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)，同時(shí)相應(yīng)的引出三個(gè)電極：發(fā)射極，基極，集電極。同時(shí)又在兩兩交界區(qū)形成PN結(jié)，分別是發(fā)射結(jié)和基點(diǎn)結(jié)。六：三極管的放大作用（這一問(wèn)題是重點(diǎn)）我們知道，把兩個(gè)二極管背靠背的連在一起，是沒(méi)有放大作用的，要想使它具有放大作用，必須做到一下幾點(diǎn)：發(fā)射區(qū)中摻雜基區(qū)必須很薄基電結(jié)的面積應(yīng)很大工作時(shí)：發(fā)射結(jié)應(yīng)正向偏置，集電結(jié)應(yīng)反向偏置載流子的傳輸過(guò)程： 因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正向偏置，且發(fā)射區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s，所以發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子擴(kuò)散注入至基區(qū)，又由于集電結(jié)的反向作用，故注入至基區(qū)的載流子在基區(qū)形成濃度差，因此這些載流子從基區(qū)擴(kuò)散至集電結(jié)，被電場(chǎng)拉至集電區(qū)形成集電極電流。而留在基區(qū)的很少，因?yàn)榛鶇^(qū)做的很薄。我們?cè)儆脠D形來(lái)說(shuō)明一下，如圖（3）所示：電流的分配關(guān)系由于載流子的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生相應(yīng)電流，它們的關(guān)系如下：