电子技术基础电工学Ⅱ 教学课件 ppt 作者 李春茂 第1章 双极型半导体器件
36页1、电子技术基础,(电工学) 机械工业出版社,第1章 双极型半导体器件,1.1.1 本征半导体及其导电性 1. 本征半导体共价键结构 物质按其导电能力的强弱分类: 导体容易传导电流的材料称为导体。 绝缘体几乎不传导电流的材料称为绝缘体。 半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。 本征半导体化学成分纯净的半导体。 由于绝大多数半导体的原子排列呈晶体结构,所以由半导体构成的管件也称晶体管。,1.1 半导体的基本知识,退出,2. 电子空穴对,自由电子: 当导体处于热力学温度0K时,导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,有的价电子可以挣脱原的束缚,而参与导电,成为自由电子。这一现象称为本征激发,也称热激发。,图1-1 本征激发和复合的过程,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,原子的电中性被破坏,呈现出正电性,其正电量与电子的负电量相等,人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。 电子空穴对: 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合。 本征激发和复合在一定温度下会达到动态平
2、衡.,3. 空穴的移动,图1-2 半导体中电子和空穴在外电 场作用下的移动方向和形成的电流,电子移动时是负电荷的移动,空穴移动时是正电荷的移动,电子和空穴都能运载电荷,所以他们都称为载流子。,1.1.2 杂质半导体,在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷,可形成 N型半导体,也称电子型半导体。,图1-3 N型半导体的结构示意图,掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。,1. N型半导体,2. P型半导体,在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓、铟等形成了P型半导体,也称为空穴型半导体。,N型半导体的特点: 自由电子是多数载流子,空穴是少数载流子, 以自由电子导电为主。 P型半导体的特点: 空穴为多数载流子,自由电子是少数载流子,以空穴导电为主。,图1-4 P型半导体的结构示意图,半导体的特性: 光敏性和热敏性。 即半导体受到光照或热的辐射时,其电阻率会发生很大的变化,导电能力将有明显的改善,利用这一特性可制造光敏元件和热敏元件。 掺杂特性。 即在纯净的半导体中掺入微量的其他元素,半导体的导电能力将有明显的增加。,扩散运动,多子从浓度大向浓度小的区域运动。,漂移运动,少子向对方运动,漂移运
3、动产生漂移电流。,动态平衡,扩散电流=漂移电流,PN结内总电流为0。,PN 结,稳定的空间电荷区,又称为高阻区、耗尽层,,PN结的接触电位,内电场的建立,使PN结中产生电位差。从而形成接触电位V 接触电位V决定于材料及掺杂浓度 锗: V=0.20.3V 硅: V=0.60.7V,1.1.3 PN结及单向导电性,退出,1 PN结,1.PN结加正向电压 P 区的电位高于N区的电位,称为加正向电压,简称正偏; 外电场方向与PN结内电场方向相反,削 弱了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍 减弱,扩散电流加大。扩散电流远大于漂移 电流,可忽略漂移电流的影响。 PN结呈现低电阻。 2. PN结加反向电压 P区的电位低于N区的电位,称为加反向电压,简称反偏; 外电场与PN结内电场方向相同,增强内 电场。内电场对多子扩散运动阻碍增强, 扩散电流大大减小。少子在内电场的作用 下形成的漂移电流加大。 PN结呈现高电阻。,内,外,Sect,2 PN结的单向导电性,内,外,式中 Is 饱和电流; VT = kT/q 等效电压 k 波尔兹曼常数; T=300K(室温)时 VT= 26mV,3. PN结电流方程,
4、由半导体物理可推出:, 当加反向电压时:, 当加正向电压时:,(vVT),Sect,4. PN结的反向击穿,反向击穿,PN结上反向电压达到某一数值,反向电流激增。, 雪崩击穿,当反向电压增高时,少子获得能量高速运动,在空间电荷区与原子发生碰撞,产生碰撞电离。形成连锁反应,象雪崩一样。使反向电流激增。, 齐纳击穿,当反向电压较大时,强电场直接从共价键中将电子拉出来,形成大量载流子,使反向电流激增。,击穿可逆。 掺杂浓度小的 二极管容易发生,击穿可逆。 掺杂浓度大的 二极管容易发生,不可逆击穿, 热击穿,PN结的电流或电压较大,使PN结耗散功率超过极限值,使结温升高,导致PN结过热而烧毁。,Sect,1.2.1 晶体二极管的结构类型,在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管,二极管按结构分,点接触型,面接触型,平面型,PN结面积小,结电容小, 用于检波和变频等高频电路,PN结面积大,用 于工频大电流整流电路,往往用于集成电路制造工艺中。 PN 结面积可大可小, 用于高频整流和开关电路中。,1.2 半导体二极管,退出,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下:,半导体二极管的型号图片,1.2
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