(2.1)--半导体及PN结基础知识.pdf

半导体半导体半导体及半导体及及及PNPN结基础知识结基础知识结基础知识结基础知识半导体半导体半导体基础知识半导体基础知识基础知识基础知识PNPN结基础知识结基础知识结基础知识结基础知识PNPN结基础知识结基础知识结基础知识结基础知识半导体半导体半导体基本知识半导体基本知识基本知识基本知识导体：容易导电的物质称为导体，比如金属。绝缘体：几乎不导电，比如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：导电性能处于导体和绝缘体之间。比如硅(Si)、锗（e)、砷化镓(GaAs)等。通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料单晶晶硅硅晶体游丝半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料晶体基片加工后的晶片硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。二、本征半导体1、本征半导体的结构特点、本征半导体的结构特点+4价电子共价键+4+4+4+4价电子4价原子+4+4本征激发本征激发本征激发本征激发半导体具有光敏性和热敏性：+4+4+4+4当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。本本本征激发本征激发征激发征激发+4自由电子+4+4+4+4空穴本本本征激发本征激发征激发征激发正离子+4本本本征激发本征激发征激发征激发+4+4载流子空穴导电载流子空穴导电载流子空穴导电载流子空穴导电+-+-+-+-+(a)(d)+-+-+-+-+-+-+-+-(b)(c)(e)(f)半导体的导电性能半导体的导电性能半导体的导电性能半导体的导电性能(1)(1)半导体能够导电？半导体能够导电？内部存在载流子，自由电子和空穴内部存在载流子，自由电子和空穴(2)(2)导电能力弱？导电能力弱？室温下载流子数目少室温下载流子数目少室温（室温（300K300K，2727）下，纯净的硅晶体中原子的密度约）下，纯净的硅晶体中原子的密度约为为 5 510102222/cm/cm3 3，而自由电子的浓度约为，而自由电子的浓度约为1.451.4510101010/cm/cm3 3。即。即室温下，室温下，3.453.45101012 12 个硅原子中只有一个价电子打破共价键个硅原子中只有一个价电子打破共价键的束缚而成为自由电子的束缚而成为自由电子。杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体NN型型型型+4自由电子往纯净的半导体中掺+5+4+4+4半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体NN型型型型正离子自由电子+5杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体P P型型型型+3+4+4+4形成空位+3+4+4+4电子填+4+4+4电子填补空位+4+3+4+4+4+4+4形成空穴已被填补的空位杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体P P型型型型负离子+3PNPN结结结结PN正离子多子:自由电子多子:空穴负离子少子:自由电子少子:空穴交界面PNPN结多子扩散结多子扩散结多子扩散结多子扩散PN复合PN复合PNPN结内电场出现结内电场出现结内电场出现结内电场出现PN空间电荷区E内PNPN结空间电荷区稳定结空间电荷区稳定结空间电荷区稳定结空间电荷区稳定PN稳定的空间电荷区耗尽层、PN结PNPN结形成过程总结结形成过程总结结形成过程总结结形成过程总结(1)多数载流子首先扩散；(2)扩散导致内电场出现（内电场阻碍多子的扩散，促进少子的漂移）；(3)内电场形成初期，强度较小，多子的扩(3)内电场形成初期，强度较小，多子的扩散为主，少子的漂移为次；(4)扩散继续，内电场加强（扩散运动减弱，漂移运动加强）；(5)内电场足够强，维系扩散和漂移两种运动达到动态平衡，PN结形成。PNPN结的导电性正向结的导电性正向结的导电性正向结的导电性正向PN-+E外+R+-E内+PNPN结的导电性正向结的导电性正向结的导电性正向结的导电性正向PNE外正向电流+R+-IFE内正向电流+PNPN结的导电性反向结的导电性反向结的导电性反向结的导电性反向E外PN+-+R+-E内PNPN结的导电性反向结的导电性反向结的导电性反向结的导电性反向PNE外反向电流+R+-IR0E内反向电流+PNPN结的伏结的伏安特安特性性结的伏结的伏安特安特性性i/mAQIQ1=()TvnVsiIe式中：IS反向饱和电流vT约26mVPN结电压v0v/Vi/AVthVQVBRPN结电压n 为1-2的常数vPN结的伏安特性是分析半导体器件的基础，该方程描述了与温度有关的两种载流子在外电场作用下的运动。该方程称为肖克利方程。这种堪称完美的伏安特性描述，开创了计算半导体参数的先河。PNPN结的正向结的正向特特性性结的正向结的正向特特性性i/mAQIQthV死死区电区电压压死死区电区电压压硅硅硅硅:0.5V:0.5V锗锗锗锗:0.1V:0.1V0v/VVthVQQQQV工作工作电电压压工作工作电电压压硅硅硅硅:0.6:0.60.7V0.7V锗锗锗锗:0.2:0.20.3V0.3VPNPN结的反向结的反向特特性性结的反向结的反向特特性性0VBR0i/ABRV:击穿击穿电电压压击穿击穿电电压压PNPN结的伏结的伏安特安特性性结的伏结的伏安特安特性性i/mA截止区0v/VVthVBR击穿区反向截止区正向截止区导通区热击穿正向热击穿反向热击穿PNPN结击穿结击穿PN结电压与电流的乘积超过了PN结容电击穿(反向击穿)雪崩击穿齐纳击穿击穿反向热击穿许的耗散功率，热量累积而使PN结温度上升，直到过热而烧坏。PNPN结的反向结的反向击穿击穿结的反向结的反向击穿击穿雪崩雪崩雪崩雪崩+-+-PNPN结的反向结的反向击穿击穿齐纳齐纳结的反向结的反向击穿击穿齐纳齐纳-+-+总总总 结总 结结结1 1.半导体基本知识半导体基本知识2 2.PNPN结的形成过程结的形成过程2 2.3.3.PNPN结的特性曲线结的特性曲线