半导体物理课件第二章.pptx

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1、半导体物理课件第二章目录contents半导体物理基础半导体材料特性半导体中的输运现象半导体器件基础半导体器件的工作原理半导体器件的应用半导体物理基础01CATALOGUE总结词半导体的定义与分类详细描述半导体的定义是指那些在一定温度下，其导电性能介于金属和绝缘体之间的材料。根据导电性能的不同，可以将半导体分为N型和P型两类。半导体的定义与分类总结词半导体中的电子状态详细描述在半导体中，电子的状态可以通过能带模型来描述。在满带和空带之间存在一个禁带，禁带的宽度决定了半导体的特性。当受到外界能量刺激时，电子可以从满带跃迁到空带，形成导带和价带。半导体中的电子状态总结词半导体中的载流子详细描述在半

2、导体中，存在两种主要的载流子，分别是自由电子和空穴。自由电子是价带中的电子跃迁到导带形成的，而空穴则是在价带中留下一个空位。这两种载流子的浓度决定了半导体的导电性能。半导体中的载流子半导体材料特性02CATALOGUE元素半导体是指由单一元素构成的半导体材料，如硅（Si）和锗（Ge）。元素半导体的晶体结构通常为金刚石型或闪锌矿型，具有较高的熔点和硬度。元素半导体的导电性能可以通过掺杂实现，即在晶体中加入其他元素来改变其导电性。元素半导体在电子和光电子器件中有广泛应用，如晶体管、集成电路和太阳能电池等。01020304元素半导体化合物半导体是指由两种或多种元素构成的半导体材料，如砷化镓（GaAs

3、）、磷化铟（InP）和氮化镓（GaN）等。化合物半导体的导电性能通常比元素半导体更优异，具有更高的电子迁移率和发光效率。化合物半导体在高速电子器件、光电子器件和激光器等领域有广泛应用。化合物半导体的晶体结构复杂多样，可以通过调整元素组成和比例来控制其性质。化合物半导体掺杂半导体是指在半导体材料中加入其他元素，以改变其导电性能的半导体。掺杂半导体的导电性能可以通过控制杂质浓度进行调节，从而实现电子和光电器件的定制化。通过掺入施主或受主杂质，可以控制半导体的导电类型和载流子浓度。掺杂半导体的制备工艺简单，成本较低，因此在微电子和光电子领域有广泛应用。掺杂半导体半导体中的输运现象03CATALOGU

4、E热电子发射是当半导体表面温度升高时，电子从半导体中逸出的现象。总结词热电子发射基于斯蒂芬-玻尔兹曼定律，描述了电子从热平衡态向非平衡态的跃迁。在半导体表面，电子获得足够的能量，克服表面势垒，逸出半导体。详细描述热电子发射隧道效应是指电子通过一个势垒较高的区域，而不需要达到逸出功的现象。在隧道效应中，电子的波函数可以穿透势垒，从而实现电子的传输。这种现象在超薄势垒的隧道结中尤为显著，常用于制造隧道结器件。隧道效应详细描述总结词光电效应总结词光电效应是指光子与电子相互作用，使电子吸收光子能量并从价带跃迁至导带的现象。详细描述当光子能量大于半导体的禁带宽度时，光子被吸收，价带中的电子吸收光子能量跃

5、迁至导带，形成光电流。光电效应是太阳能电池等光电器件的工作基础。半导体器件基础04CATALOGUE二极管是一种具有单向导电性的电子器件，主要用于整流和信号放大。二极管由一个PN结（P型和N型半导体的交界面）构成，具有正向导通、反向截止的特性。当正向电压达到一定阈值时，二极管导通，电流可以通过；当反向电压达到一定阈值时，二极管截止，电流无法通过。二极管广泛应用于各种电子设备中，如电源供应、信号处理和通信系统等。二极管双极晶体管是一种具有放大能力的电子器件，由两个PN结（集电极-基极和发射极-基极）构成。双极晶体管利用基极电流控制集电极和发射极之间的电流，实现电流的放大。双极晶体管具有高放大倍数

6、、低噪声、大动态范围等优点，因此在音频放大、数字逻辑电路等领域广泛应用。双极晶体管场效应晶体管是一种电压控制型半导体器件，通过电场效应控制电流的通断。场效应晶体管主要由源极、漏极和栅极构成，通过施加电压到栅极来控制源极和漏极之间的电流。场效应晶体管具有低噪声、高输入阻抗、低功耗等优点，广泛应用于模拟电路、数字电路和集成电路中。场效应晶体管半导体器件的工作原理05CATALOGUE总结词二极管是半导体物理中基本且重要的器件之一，其工作原理基于PN结的单向导电性。要点一要点二详细描述二极管由一个P型半导体和一个N型半导体结合而成，在交界处形成PN结。在正向偏置下，电流可以顺利通过PN结；而在反向偏

7、置下，电流被强烈抑制。这是由于半导体中的载流子在PN结处受到势垒的阻挡，从而表现出单向导电性。二极管的工作原理双极晶体管的工作原理双极晶体管是一种具有放大能力的半导体器件，其工作原理基于电荷的输运和电流的控制。总结词双极晶体管由两个背靠背的PN结组成，中间由基区相连。当在基极输入小信号时，该信号会被放大并在集电极输出。双极晶体管通过控制基极电流来控制集电极电流，从而实现电流的放大。详细描述VS场效应晶体管是一种电压控制型器件，其工作原理基于电场对半导体导电性能的影响。详细描述场效应晶体管主要由源极、漏极和栅极组成。当在栅极施加电压时，电场会对沟道内的载流子产生作用，改变其运动状态，从而控制源极

8、和漏极之间的电流。场效应晶体管通过改变栅极电压实现对电流的控制，具有较高的输入阻抗和较低的噪声等特点。总结词场效应晶体管的工作原理半导体器件的应用06CATALOGUE晶体管是半导体器件中最基本的电子元件，用于放大、开关和整流等电路中。晶体管集成电路太阳能电池集成电路是将多个晶体管和其他电子元件集成在一块衬底上，实现特定的电路功能。利用半导体的光电效应，将光能转换为电能。030201在电子设备中的应用 在通信系统中的应用激光二极管用于产生光信号，实现高速、大容量的数据传输。调制器用于将信息加载到光信号上，实现信号的传输。光探测器用于接收光信号，并将其转换为电信号。利用半导体的存储效应，实现数据的存储和读取。存储器用于实现计算机中的逻辑运算，如AND、OR、NOT等。逻辑门中央处理器是计算机的核心部件，由多个晶体管和其他电子元件组成，用于执行计算机程序中的指令。CPU在计算机中的应用THANKS感谢观看