山东大学：《数字电子技术基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 半导体器件基础

第一章半导体器件基础 1.1半导体的基本知识 1.2半导体二极管 1.3半导体三极管 1.4BJT模型 1.5场效应管

第一章 半导体器件基础 1.1 半导体的基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 BJT模型 1.5 场效应管

1.1半导体的基本知识 在物理学中。根据材料的导电能力,可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅S和锗Ge,它们都是4价元素。 硅和锗最外层轨道上的 硅原子 锗原子四个电子称为价电子

1.1 半导体的基本知识 在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。 si 硅原子 G e 锗原子 Ge +44 硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子

本征半导体 本征半导体—化学成分纯净的半导体晶体 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到999999999,常 称为“九个9” 本征半导体的共价键结构 +4)●●(+4)°●(+4)° 在绝对温度T=0K时 所有的价电子都被共价键 4)·(+4)(+4 紧紧束缚在共价键中,不 会成为自由电子,因此本 征半导体的导电能力很驵 +4 +4)(+4)° 接近绝缘体 束缚电子

本征半导体的共价键结构 束缚电子+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不 会成为自由电子，因此本 征半导体的导电能力很弱 ，接近绝缘体。 一. 本征半导体 本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常 称为“九个9”

当温度升高或受到 +49●(+4)●●(+4)9 光的照射时,束缚 电子能量增高,有 的电子可以挣脱原 子核的束缚,而参 +4◎·(+。(+4°与导电,成为自由 电子。 空穴 自由电子 自由电子产生的 +)·(+·(+0价键中就出现了个 空位,称为空穴。 这一现象称为本征激发,也称热激发

这一现象称为本征激发，也称热激发。 当温度升高或受到 光的照射时，束缚 电子能量增高，有 的电子可以挣脱原 子核的束缚，而参 与导电，成为自由 电子。 自由电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 空穴 自由电子产生的 同时，在其原来的共 价键中就出现了一个 空位，称为空穴

动画演示 可见本征激发同时产生 电子空穴对。 ●(+4) +4)●●(+4)●外加能量越高(温度 越高),产生的电子空 穴对越多。 (+49°+4°(+4)°与本征激发相反的 现象—复合 空穴 在一定温度下,本征激 自由电子 发和复合同时进行,达 到动态平衡。电子空穴 +42/(+4●(+4·对的浓度一定 常温300K时: 硅:1.4×10 cm 电子空穴对 电子空穴对的浓度 锗:25×10 cm

可见本征激发同时产生 电子空穴对。 外加能量越高（温度 越高），产生的电子空 穴对越多。 动画演示 与本征激发相反的 现象——复合 在一定温度下，本征激 发和复合同时进行，达 到动态平衡。电子空穴 对的浓度一定。 常温300K时： 电子空穴对的浓度 硅： 3 10 cm 1.410 锗： 3 13 cm 2.510 自由电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 空穴 电子空穴对

E 导电机制 +4 +4)自由电子 4)●●(+4) 动画演示 +●●+ +4)°●( 4)·●(+4 自由电子带负电荷电子流 载流子 空穴带正电荷空穴流+总电流 本征半导体的导电性取决于外加能量: 温度变化,导电性变化;光照变化,导电性变化

自由电子 带负电荷 电子流 动画演示 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 自由电子 E － ＋ 载流子 ＋总电流 空穴 带正电荷 空穴流 本征半导体的导电性取决于外加能量： 温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。 导电机制

二.杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的 半导体称为杂质半导体。 1.N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素,例 如磷,砷等,称为N型半导体

二. 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的 半导体称为杂质半导体。 1. N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例 如磷，砷等，称为N型半导体

N型半导体 硅原子 +4)●●(+4)●●(+4 电子空穴对自由电子 多余电子 N型半导体 (+4)·(+5)·(+4 磷原子 +·( ●(+4)·(+4)··(+4 多数载流子自由电子施主离子 少数载流子 空穴

N型半导体 多余电子 磷原子 硅原子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +5 多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴 + + + + + + + + + + + + N型半导体 施主离子 电子空穴对 自由电子

2.P型半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓等。 电子空穴对 硅原子 空穴 +4)°(+4)°●(+4)° P型半导体 空穴 ○○○ 4)(+3)(+)○○○ 硼原子 ○Q° ●(+4)°(+4)(+4 受主离子 多数载流子空穴 少数载流子—自由电子

在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。 空穴 硼原子 硅原子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +3 +4 +4 多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子 － － － － － － － － － － － － P型半导体 受主离子 空穴 电子空穴对 2. P型半导体

杂质半导体的示意图 多子空穴 多子电子 P型半导体 N型半导体 ⑦·(④ 少子电子 少子空穴 少子浓度—与温度有关 多子浓度—与温度无关

杂质半导体的示意图 + + + + + + + + + + + + N型半导体 多子—电子 少子—空穴 － － － － － － － － － － － － P型半导体 多子—空穴 少子—电子 少子浓度——与温度有关 多子浓度——与温度无关