半導(dǎo)體的基本知識

1、緒論 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識,學(xué)習(xí)要點,1、認(rèn)識模擬電子技術(shù)的特點及內(nèi)容2、了解半導(dǎo)體的特點3、掌握PN結(jié)的形成過程及特點,一、概述,1、模擬電路的特點 收音機(jī)，擴(kuò)音機(jī)等 注意模電電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)的區(qū) 別，數(shù)字電路只研究狀態(tài)，比如紅綠燈， 只看亮與滅，不考慮明暗程度。,2、電子技術(shù)的發(fā)展基于電子元器件的發(fā)展①電子管（真空管） 1904年，英國弗萊明發(fā)明了真空二極管，1907年，美

2、國德福雷斯發(fā)明真空三極管②晶體管 1948年，美國，巴丁、肖克利、布拉頓③集成電路 20世紀(jì)60年代初④大規(guī)模集成電路 60年代末，1000個以上的晶體管⑤超大規(guī)模集成電路 1977年，日本 6.1mm×5.8mm，15萬 多個,3、課程的基本要求 ①認(rèn)識常見電子元器件 ②學(xué)會讀圖 ③學(xué)會常用分析方法 ④掌握常用儀器的使用,二、半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識,1、半導(dǎo)體

3、的特性導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體， 金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體 之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一 些硫化物、氧化物等。,半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的

4、導(dǎo)電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。,2、本征半導(dǎo)體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體①結(jié)構(gòu)和共價鍵現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅(14)和鍺(32)，它們的最外層電子（價電子）都是四個。,在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。,硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu),共價鍵共用電子對,形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成

5、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。,共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。,在絕對0度（-273.16℃）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為 0，相當(dāng)于絕緣體。,在常溫（300K）下，由于熱激發(fā),使一些價電子獲得足夠的能量

6、而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。,②半導(dǎo)體中的載流子,自由電子,空穴,束縛電子,本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)的，而且數(shù)量相等，稱為電子空穴對。,,在電場力的作用下，自由電子作定向移動，空穴也會吸引附近的價電子來依次填補(bǔ),結(jié)果相當(dāng)于空穴也作定向移動，而空穴的移動相當(dāng)于正電荷的移動，因此也可以認(rèn)為空穴是載流子。,,自由電子在運動過程中如果與空穴相遇就會填補(bǔ)空穴而消失,稱為復(fù)合；在一定的溫度下，

7、熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子與空穴對，與復(fù)合的自由電子與空穴對數(shù)目相等，故達(dá)到動態(tài)平衡.,本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度，在一定溫度下,載流子的濃度是一定的，溫度越高，載流子的濃度越高，本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。,本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 自由電子移動產(chǎn)生的電流， 空穴移動產(chǎn)生的電流自由電子和空穴都參與導(dǎo)電,③雜質(zhì)半導(dǎo)體,在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大

8、增加了。,P 型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素(如硼)構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。,N 型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素(如磷)構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。,N 型半導(dǎo)體,多余電子因不受共價鍵的束縛成為自由電子，同時磷原子就成為不能移動的帶正電的離子，稱為施主原子。,另外N 型半導(dǎo)體中還有少量的空穴，其濃度遠(yuǎn)小于自由電子的濃度，所以把自由電子稱為多數(shù)載流子，空穴稱為少數(shù)載流子，簡稱多子和少子。 negative,在本征半導(dǎo)體中摻

9、入五價元素,多余電子,磷原子,P 型半導(dǎo)體,P 型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子 positive,當(dāng)附近硅原子的外層電子由于熱運動填補(bǔ)空穴時，硼原子成為不可移動的負(fù)離子。硼原子稱為受主原子。,在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素,空穴,硼原子,雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法,雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)