模電=第2講 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1、一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、三、PNPN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦越Y(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。無雜質(zhì)無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體是本征半導(dǎo)體是純凈純凈的具有的具有晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體。1、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？ 導(dǎo)體導(dǎo)體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場(chǎng)作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。子在外電場(chǎng)作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。 絕緣體絕緣體惰性氣體、橡

2、膠等，其原子的最外層電子受原惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度時(shí)才可能導(dǎo)子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度時(shí)才可能導(dǎo)電。電。 半導(dǎo)體半導(dǎo)體硅（硅（Si）、鍺（）、鍺（Ge），均為四價(jià)元素，它們?cè)?，均為四價(jià)元素，它們?cè)拥淖钔鈱与娮邮茉雍说氖`力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。子的最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子而成為自由電子自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，稱為空穴。有一個(gè)空位置，稱為空穴

3、。 半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子自由電子-空穴對(duì)空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為本本征激發(fā)征激發(fā)。共價(jià)鍵共價(jià)鍵 自由電子與空穴相遇時(shí)會(huì)主動(dòng)填補(bǔ)空穴，使兩者同時(shí)消自由電子與空穴相遇時(shí)會(huì)主動(dòng)填補(bǔ)空穴，使兩者同時(shí)消失，這種現(xiàn)象稱為失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合復(fù)合。載流子載流子 外加電場(chǎng)時(shí)，帶外加電場(chǎng)時(shí)，帶負(fù)電的自由電負(fù)電的自由電子子和和帶正電的空穴帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，均參與導(dǎo)電，且且運(yùn)動(dòng)方向相反運(yùn)動(dòng)方向相反分別形成電子電分別形成電子電流和空穴電流。本征半導(dǎo)體中的流和空穴電流。本征半導(dǎo)體中的電流為電子電流和空穴電流之和。電流為電子電流和空穴電流之和。并且載流子數(shù)目很少，故導(dǎo)電性并且載流子數(shù)目

4、很少，故導(dǎo)電性很差。很差。 運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。一定溫度下，自由電子一定溫度下，自由電子空穴對(duì)的濃度一定（本征激發(fā)與復(fù)空穴對(duì)的濃度一定（本征激發(fā)與復(fù)合運(yùn)動(dòng)達(dá)到合運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡）；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)）；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子鍵的電子增多，自由電子空穴對(duì)的濃度增大?？昭▽?duì)的濃度增大。5磷（磷（P） 雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)人為的導(dǎo)電性可控。實(shí)現(xiàn)人為的導(dǎo)電性可控。多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴比未加

5、雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？多了？少了？為什么？3硼（硼（B）多數(shù)載流子多數(shù)載流子 P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，導(dǎo)電性越強(qiáng)， 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多子數(shù)目的變化相同嗎？少子與多子數(shù)目的變化相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？子濃度的變化相同嗎？ 雜質(zhì)半導(dǎo)體中，影響載流子濃度的主要因素是什么？影響多雜質(zhì)半導(dǎo)體中，影響載流子濃度的主要因素是什么？影響多子濃度的因素和影響少子濃度的主要因素是否相同

6、？為什么？子濃度的因素和影響少子濃度的主要因素是否相同？為什么？ 物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。體、液體、固體均有之。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)N區(qū)自由電區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高子濃度遠(yuǎn)高于于P區(qū)。區(qū)。當(dāng)當(dāng)P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上時(shí)，交界面處型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上時(shí)，交界面處會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)不可移動(dòng)的正負(fù)離子區(qū)不可移動(dòng)的正負(fù)離子區(qū)，從，從而產(chǎn)生而產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行。（內(nèi)電場(chǎng)方向？）。（內(nèi)電場(chǎng)方向？）P區(qū)空穴區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高

7、濃度遠(yuǎn)高于于N區(qū)。區(qū)。 因內(nèi)電場(chǎng)作用所產(chǎn)因內(nèi)電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。動(dòng)。 當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，交界面處就形成了達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，交界面處就形成了PN結(jié)。結(jié)。漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) 由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使P區(qū)與區(qū)與N區(qū)的交界面處多數(shù)載流子濃度下降，區(qū)的交界面處多數(shù)載流子濃度下降，形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從N區(qū)區(qū)向向P區(qū)、自由電子從區(qū)、自由電子從P區(qū)向區(qū)向N 區(qū)運(yùn)動(dòng)。區(qū)運(yùn)動(dòng)。PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：結(jié)加正向電壓導(dǎo)通： 耗盡

8、層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，由于外電場(chǎng)的作用，形劇，由于外電場(chǎng)的作用，形成正向電流，成正向電流，PNPN結(jié)處于導(dǎo)通結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。狀態(tài)。PN結(jié)加反向電壓截止：結(jié)加反向電壓截止： 耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。認(rèn)為其截止。) 1e (TSUuIi1. 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容Cb。2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散過程擴(kuò)散過程中載中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容