天津大学模电课件---半导体的基本知识.pptx

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,0,天津大学模电课件-半导体的基本知识,制作人：制作者,PPT,时间：,2024,年,X,月,目录,第1章 简介第2章 半导体的晶体结构第3章 半导体的掺杂第4章 半导体二极管第5章 半导体晶体管第6章 总结与展望,01,第1章 简介,什么是半导体？,半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其电阻介于导体和绝缘体之间。具有正、负电荷的载流子，可以通过掺杂来改变电导率，适用于电子器件制造。常见的半导体材料有硅、锗等。,半导体的特性,半导体材料携带有自由电子和空穴,正、负电荷的载流子,通过加入杂质控制电流,掺杂改变

2、电导率,用于制造二极管、晶体管等器件,适用于电子器件制造,半导体器件,具有正负两极的电子器件,二极管,用于放大或开关电信号的半导体器件,晶体管,将多个器件集成在单个芯片上,集成电路,半导体的发展历史,1947年，第一个晶体管问世，1958年，第一个集成电路问世。半导体技术不断推动信息科技的发展，对电子行业产生深远影响。,第一个晶体管问世,1947年,01,03,半导体技术不断推动信息科技的发展,现代,02,第一个集成电路问世,1958年,半导体的特性,介于导体和绝缘体之间,电导率,常见材料有硅、锗,材料,改变电导率的方法,掺杂,半导体器件,半导体器件包括二极管、晶体管和集成电路。二极管具有正负

3、两极，晶体管用于放大和开关信号，集成电路则将多个器件整合在一个芯片上。,晶体管,放大小信号开关大电流,集成电路,多个器件集成提高电路密度,其他器件,三极管场效应管,半导体器件,二极管,具有正负两极用于整流和开关,02,第2章 半导体的晶体结构,晶体结构的基本概念,晶体结构是指物质中原子的有序排列方式。晶格是晶体中原子、离子或分子排列的周期性结构，晶胞是晶体中最小的具有完整晶体结构的单元。晶面是晶体中平整的原子面。晶体的几何形状有着独特的外形特征，对其形成结构有着重要影响。,半导体晶体缺陷,缺陷点会影响晶格的完整性,点缺陷,缺陷线是晶格中缺陷原子排列形成的线状缺陷,线缺陷,晶体中的错配或缺陷形成

4、面状结构,面缺陷,晶体中存在的导致电子行为异常的结构缺陷,介质中的缺陷,在液体中生长晶体，适用于生长大尺寸晶体,液相生长,01,03,通过分子束的热分解沉积生长晶体,分子束外延,02,在气氛中生长晶体，用于生长高纯度晶体,气相生长,输运性能,半导体的输运性能与载流子的迁移速度有关,掺杂效应,通过掺杂可以改变半导体的导电性能，提高性能,晶体结构与电子行为,禁带宽度,禁带是固体中价带和导带之间的能带差，决定了半导体的导电性能,总结,晶体结构和缺陷直接影响半导体材料的性能和应用,晶体结构与缺陷,掌握不同晶体生长技术有利于制备高质量半导体晶体,晶体生长技术,了解禁带宽度和掺杂效应有助于优化半导体器件的

5、性能,电子行为,半导体的晶体结构探究,半导体的晶体结构是半导体材料的基础，了解晶体结构、缺陷和生长技术对于半导体材料的应用至关重要。掌握半导体晶体结构与电子行为之间的关系，可以为半导体器件的设计和优化提供重要依据。,03,第三章 半导体的掺杂,半导体的n型掺杂,在半导体中，n型掺杂通常使用硼等元素。当硼掺杂进入半导体晶格时，会引入额外的自由电子，从而形成n型半导体。自由电子和空穴是半导体中的重要载流子，它们在外加电场下运动，从而实现电子器件的功能。,半导体的n型掺杂,常用n型掺杂元素,硼元素,额外引入的载流子,自由电子,在外加电场下运动,电子行为,半导体的p型掺杂,p型掺杂常用磷等元素。磷元素

6、的加入形成了p型半导体，磷元素的空穴与杂质原子之间进行能级转移，从而形成空穴，空穴在外加电场下参与半导体器件的工作。,半导体的p型掺杂,常用p型掺杂元素,磷元素,在p型半导体中起着重要作用,空穴,参与半导体器件的工作,空穴行为,半导体材料的掺杂浓度,掺杂浓度是衡量半导体中掺杂杂质的重要参数。浓度的单位通常为每立方厘米的杂质原子数，不同掺杂浓度会导致半导体材料的电学性能发生改变。,半导体材料的掺杂浓度,每立方厘米的杂质原子数,浓度单位,不同浓度导致不同电学性能,特性变化,掺杂浓度对器件性能的影响,应用范围,掺杂对半导体特性的影响,掺杂会影响半导体材料的电导率和禁带宽度。电导率随掺杂浓度变化而变化

7、，禁带宽度与掺杂类型和浓度相关，直接影响材料的导电性能。,掺杂对半导体特性的影响,掺杂浓度增加导致电导率提高,电导率变化,掺杂类型和浓度影响,禁带宽度,掺杂对材料导电性能的影响,导电性能,04,第四章 半导体二极管,二极管的基本概念,半导体二极管是由p型半导体和n型半导体组成的，通过pn结的形成实现。在正向工作状态下，二极管呈现导通状态，具有低电阻；在反向工作状态下，二极管呈现截止状态，具有高电阻。正向特性和反向特性是二极管最基本的特点。,二极管结构示意图,p型半导体和n型半导体交界处形成pn结，实现二极管的正向导通和反向截止特性。,二极管的应用,将交流电转换为直流电,整流,用于电路的开关控制

8、,开关,用于红外发射探测等领域,红外发射管,二极管参数的测试,二极管参数的重要指标包括正向电压降和反向漏电流。正向电压降是指在正向导通时的电压降低情况，反向漏电流则是在反向电压下的漏电流情况。这些参数的测试是评价二极管性能的重要手段。,高功率二极管的需求,诸如电力电子等领域对高功率二极管有较大需求,可控硅二极管的应用,在电力调控等领域有广泛应用,二极管的发展趋势,高频率二极管的需求,随着通信技术的发展，对高频率特性要求提高,05,第五章 半导体晶体管,晶体管的基本结构,晶体管是一种半导体器件，由三个区域组成，分别是基极、发射极和集电极。通过控制这三个区域的电荷分布和流动，实现对电流的放大、开关

9、和振荡等功能。,晶体管的工作原理,增强信号强度,放大器,控制电流通断,开关,产生稳定的频率信号,振荡器,流过晶体管最大电流,饱和电流,01,03,02,晶体管导通的最低电压,饱和电压,小型化、低功耗,适应便携设备需求减少能源消耗提升使用体验,晶体管的发展趋势,集成度提高,实现更多功能减小尺寸提高性能,06,第6章 总结与展望,半导体技术的应用,半导体技术在今天的电子产品制造中起着至关重要的作用。从手机到电脑，从电视到冰箱，几乎所有现代电子产品都离不开半导体技术。在通信领域，半导体技术也发挥着关键作用，支持着我们的无线通讯和互联网连接。此外，汽车电子系统中的半导体技术也越来越普遍，提升了汽车的性能和智能化水平。,半导体技术的未来,开启半导体新纪元,纳米技术的应用,革命性的计算方式,量子计算的发展,助力医学科研进步,生物医学领域的应用,半导体器件的特性,半导体器件如二极管、晶体管等具有特定的电学特性，是电子设备的核心组成部分。,掺杂与结构对半导体的影响,通过掺杂不同的元素，可以改变半导体的导电性能，结构对其特性也有重要影响。,课程回顾,半导体的基本知识,半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有半导体特性，广泛应用于电子学领域。,展望未来,持续创新推动产业发展,半导体技术的进步,半导体技术的发展将深刻改变人类生活和工作方式,科技发展对人类社会的影响,谢谢观看！,下次再见,