飞电1半导体的基础知识精.ppt

飞机电子基础飞机电子基础 南航新员工培训目录第一章 半导体的基础知识第二章 二极管与整流电路第三章 三极管与放大器第四章 集成运算放大器及其应用电路第五章 数制及其转换第六章 模拟信号与数字信号的转换第七章 数字电路第八章 计算机基础知识第九章 计算机网络的基本概念第十章 ARINC429数字数据总线第一章第一章 半导体的基础知识半导体的基础知识1.1本征半导体本征半导体1.2 杂质半导体杂质半导体 1.3 PN结结 1.1本征半导体本征半导体纯净的半导体称为本征半导体一．半导体的特性一．半导体的特性自然界中的各种物质,按导电能力划分为:导体、绝缘体、半导体半导体导电能力介于导体和绝缘体之间它具有热敏性、光敏性和掺杂性l利用热敏性可制成各种热敏电阻;l利用光敏性可制成光电二极管和光电三极管及光敏电阻;l利用掺杂性可制成各种不同性能、不同用途的半导体器件,例如二极管、三极管、场效应管等 二．半导体的共价键结构二．半导体的共价键结构•在电子器件中,用得最多的材料是硅和锗,硅和锗都是四价元素,最外层原子轨道上具有4个电子,称为价电子•每个原子的4个价电子不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相邻的4个原子发生联系,这些价电子一方面围绕自身的原子核运动,另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。

•这样,相邻的原子就被共有的价电子联系在一起,称为共价键结构如图1-1所示•图1-1  硅和锗的共价键结构 图1-2   本征激发产生电子空穴对示意图•当温度升高或受光照时,由于半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样紧,价电子从外界获得一定的能量,少数价电子会挣脱共价键的束缚,成为自由电子,同时在原来共价键的相应位置上留下一个空位,这个空位称为空穴,如图1-2所示 自由电子和空穴是成对出现的,所以称它们为电子空穴对在本征半导体中,电子与空穴的数量总是相等的我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激发图1-3  电子与空穴的移动•由于共价键中出现了空位,在外电场或其他能源的作用下,邻近的价电子就可填补到这个空穴上,而在这个价电子原来的位置上又留下新的空位,以后其他价电子又可转移到这个新的空位上,如图1-3所示图1-4  两种载流子在电场中的运动•为了区别于自由电子的运动,我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动,认为空穴是一种带正电荷的载流子,它所带电荷和电子相等,符号相反•由此可见, 本征半导体中存在两种载流子:电子和空穴而金属导体中只有一种载流子——电子。

•本征半导体在外电场作用下,两种载流子的运动方向相反而形成的电流方向相同,如图1-4所示1.2 杂质半导体杂质半导体•图图1-5掺杂质后的半导体掺杂质后的半导体(a)N型半导体；型半导体； (b)P型半导体型半导体一、一、N型半导体型半导体在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如磷）后,就可成为N型半导体,如图1-5(a)所示在这种半导体中,自由电子数远大于空穴数,导电以电子为主,故此类半导体亦称电子型半导体二、二、P型半导体型半导体在硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素杂质,如硼（或铟）等硼原子只有3个价电子,它与周围硅原子组成共价键时,因缺少一个电子,在晶体中便产生一个空穴这个空穴与本征激发产生的空穴都是载流子,具有导电性能P型半导体共价键结构如图1-5(b)所示在P型半导体中,空穴数远远大于自由电子数,空穴为多数载流子(简称“多子”),自由电子为少数载流子(简称“少子”)导电以空穴为主,故此类半导体又称为空穴型半导体1.3 PN结结一、一、PN 结的形成结的形成二、二、PN结的单向导电特性结的单向导电特性一、一、PN 结的形成结的形成在一块完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺,一边形成P型半导体,另一边形成N型半导体。

在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子层,称为空间电荷区,并产生内电场,其方向是从N区指向P区,内电场的建立阻碍了多数载流子的扩散运动,随着内电场的加强,多子的扩散运动逐步减弱,直至停止,使交界面形成一个稳定的特殊的薄层,即PN结因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电荷区又称为耗尽层二、二、PN结的单向导电特性结的单向导电特性在PN结两端外加电压,称为给PN结以偏置电压图1-6 PN结加正向电压　     图1-7  PN结加反向电压 1、、 PN结正向偏置结正向偏置•PN结加正向偏置电压,即P区接电源正极,N区接电源负极,此时称PN结为正向偏置(简称正偏),如图1-6所示由于外加电源产生的外电场的方向与PN结产生的内电场方向相反,削弱了内电场,使PN结变薄,有利于两区多数载流子向对方扩散,形成正向电流,此时PN结处于正向导通状态•图1-6 PN结加正向电压　　　　　　　      2、、PN结反向偏置结反向偏置•给PN结加反向偏置电压,即N区接电源正极,P区接电源负极,称PN结反向偏置(简称反偏),如图1-7所示•由于外加电场与内电场的方向一致,因而加强了内电场,使PN结加宽,阻碍了多子的扩散运动。

在外电场的作用下,只有少数载流子形成的很微弱的电流,称为反向电流应当指出,少数载流子是由于热激发产生的,因而PN结的反向电流受温度影响很大•图1-7  PN结加反向电压  综上所述,PN结具有单向导电性,l加正向电压时导通,l加反向电压时截止练习题练习题１．半导体是一种导电能力介于     与      之间的物质２．半导体按导电类型分为       型半导体与       型半导体３．Ｎ型半导体主要靠       来导电，Ｐ型半导体主要靠     来导电4．Ｐ型半导体中的多数载流子是        ，少数载流子是       5．Ｎ型半导体中的多数载流子是       、少数载流子是       6．在判别锗、硅晶体二极管时，当测出正向电压为     时，就认为此晶体二极管为锗二极管；当测出正向电压为＿时，就认为此二极管为硅二极管7．ＰＮ结中的内电场阻止多数载流子的     运动，促进少数载流子的      运动8．ＰＮ结具有      性能，即加正向电压时，ＰＮ结      ，加反向电压时，ＰＮ结         。