海南大学：《计算机电子电路技术—电路与模拟电子部分》第5章 半导体器件

第5章半导体器件 51半导体的基本知识 52半导体二极管 53半导体三极管 54场效应晶体管 534

5.1 半导体的基本知识 5.2 半导体二极管 5.3 半导体三极管 5.4 场效应晶体管 第5章 半导体器件

51半导体的基本知识 半导体的导电特性 1.本征半导体 典型的半导体有硅S和锗Ge以及砷化镓Gu等 纯净的晶体结构的半导体称为本征半导体。 半导体材料晶体 Ge和S原子的 的空间排列 简化模型 534

5.1 半导体的基本知识 一、 半导体的导电特性 1.本征半导体 半导体材料晶体 的空间排列 Ge和Si原子的 简化模型 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等 纯净的晶体结构的半导体称为本征半导体

共价键 价电子 (0∈906 共价键 534

共价键

本征激发 +4 空穴 自由 电子 4 +4 +4 “ 束缚电子挣脱后,在共价键上留下的一个空位子,称为空穴。 电子空穴对一由热激发而产生的自由电子和空穴对。 534

本征激发 束缚电子挣脱后，在共价键上留下的一个空位子，称为空穴。 电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对

电子一空穴复合运动 半导体的导电特性 自由电子 +4 空穴 垂b ))(*)^)()●:◎:●:◎ o::●: +4 电流=自由电子定向运动+空穴定向运动 7300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n=p=14×1010cm3 本征硅的原子浓度:4.96×102/cm3 534

电子－空穴复合运动 半导体的导电特性 电流＝自由电子定向运动＋空穴定向运动 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3

2.杂质半导体 目的:改善导电特性 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质,可使半导 体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元 素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 N型半导体一掺入五价杂质元素(如磷)的半导体。 P型半导体一掺入三价杂质元素(如硼)的半导体 534

2. 杂质半导体 目的：改善导电特性 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导 体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元 素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 N型半导体—掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。 P型半导体—掺入三价杂质元素（如硼）的半导体

1.N型半导体 因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键,而 施主正离子 多余的一个价电子因无 +41· 共价键束缚而很容易形 成自由电子。 图216N型干导体的共价键结构 在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原 子提供;空穴是少数载流子,由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子 因此五价杂质原子也称为施主杂质 534

1. N型半导体 因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而 多余的一个价电子因无 共价键束缚而很容易形 成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原 子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质

2.P型半导体 在与硅原子形成共价P)9 因三价杂质原子 键时,缺少一个价电 +3 子而在共价键中留下 个空穴。 图215P型导体的共价结构 在P型半导体中空穴是多数载流子,它主要由掺杂形成; 自由电子是少数载流子,由热激发形成。 空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质 534

2. P型半导体 因三价杂质原子 在与硅原子形成共价 键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下 一个空穴。 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成； 自由电子是少数载流子，由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质

二、PN结及其单向导电特性 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成 N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体 的结合面上形成如下物理过程: 多子的扩散运动→由杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散 多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡 534

二、PN结及其单向导电特性 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成 N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体 的结合面上形成如下物理过程: 空间电荷区形成内电场  内电场促使少子漂移  内电场阻止多子扩散 多子的扩散运动→ 由杂质离子形成空间电荷区  多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡

1、PN结的形成 对于P型半导体和N型半导体结合面,离子薄层形成 的空间电荷区称为PN结。 在空间电荷区,由于缺少多子,所以也称耗尽层。 534

对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成 的空间电荷区称为PN结。 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。 1、PN结的形成