半導(dǎo)體基本知識課件

半導(dǎo)體的基本知識1.本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性2.雜質(zhì)半導(dǎo)體3.雜質(zhì)對導(dǎo)電性的影響

根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。

典型的半導(dǎo)體有硅SiGe以及砷化鎵GaAs等。1.本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性

(1)本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)(2)電子空穴對

(3)空穴的移動

本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。

(1）本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)基本概念：價電子共價鍵結(jié)構(gòu)

圖1硅原子空間排列及共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖

(a)硅晶體的空間排列(b)共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖(c)

(3)空穴的移動

自由電子和空穴的定向運(yùn)動形成了電流圖3空穴在晶格中的移動在本征半導(dǎo)體中：1、電子、空穴成對出現(xiàn)2、均參與導(dǎo)電

3、電子、空穴對的數(shù)目與溫度成指數(shù)關(guān)系2.雜質(zhì)半導(dǎo)體(1)N型半導(dǎo)體(2)P型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)(2)P型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體(空穴型半導(dǎo)體):

在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦。圖5P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖在雜質(zhì)半導(dǎo)體中：N型：電子數(shù)（n）>空穴數(shù)（p）P型：空穴數(shù)（p）>電子數(shù)（n）3.雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響

摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:

4.96×1022/cm3

3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm31.

PN結(jié)的形成

本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。在結(jié)合面上形成PN結(jié)。圖6PN結(jié)的形成過程

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。

因濃度差

多子的擴(kuò)散運(yùn)動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散

PN結(jié)形成過程：2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）什么是單向?qū)щ娦裕?）單向?qū)щ娦缘臋C(jī)理

(2)PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況

本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流

圖8PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性擴(kuò)散電流減小加強(qiáng)了內(nèi)電場外加的反向電壓PN結(jié)內(nèi)電場3.PN結(jié)的電容效應(yīng)1.勢壘電容CB2.擴(kuò)散電容CD

(1)勢壘電容CB圖9勢壘電容示意圖外加電壓變化空間電荷區(qū)的厚度改變

在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.11（a）、（b）、（c）所示。(1)

點(diǎn)接觸型二極管——PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(2)

面接觸型二極管——PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(3)

平面型二極管—往往用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。雙極型半導(dǎo)體三極管1、雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)2、雙極型半導(dǎo)體三極管電流的分配與控制3、雙極型半導(dǎo)體三極管的電流關(guān)系1、發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實(shí)際方向。2、發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜濃度低;集電結(jié)面積大;基區(qū)要制造得很薄。圖：三極管符號2.三極管的電流分配與控制圖三極管的電流傳輸關(guān)系放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。工作時一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸?/p>

IE=IEN+IEP且有IEN>>IEP

IEN=ICN+IBN且有IEN>>IBN，ICN>>IBN

IC=ICN+ICBO

IB=IEP+IBN－ICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN

=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)

IE=IC+IB(2)三極管的電流放大系數(shù)稱為共基極直流電流放大系數(shù)。IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO因≈1,所以>>1定義:=IC/IB=(ICN+ICBO)/IB稱為共發(fā)射極接法直流電流放大系數(shù)。于是2.金屬氧化物半導(dǎo)體三極管MOSFET

1.結(jié)型場效應(yīng)三極管JFET

增強(qiáng)型N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體三極管

(1)N溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)

圖N溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖工作原理

1．柵源電壓VGS的控制作用(2)0＜VGS＜VT

VT稱為開啟電壓(3)VGS＞VT(1)VGS=0反型層增強(qiáng)型MOS管2．漏源電壓VDS對漏極電流ID的控制作用VDS=VDG＋VGS

=－VGD＋VGS

VGD=VGS－VDS漏源電壓VDS對溝道的影響(1)VDS為0或較小時(VGS＞VT)(2)VDS增加

VGD=VT

(3)VDS增加VGDVT

(1)VDS>0，VGS=0，ID不等于0。（2）VGS＞0時，ID。（3）V