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半导体器件基础与二极管电路PPT
*;*;*;半导体的导电特性;本征半导体——化学成分纯净的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%,常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。电子技术中用的最多的是硅和锗。它们的最外层电子(价电子)都是四个。
;图5.2 Ge或Si晶体的共价键结构 ;图5.3 本征半导体晶体结构示意图;共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子,常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,所以本征半导体的导电能力很弱。;2、本征激发;;2).本征半导体的导电机理;温度越高,载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强,温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素,这是半导体的一大特点。;二、杂质半导体; 掺杂的半导体称为杂质半导体。掺杂的方法是将少量的杂质元素加入到加热了的Ge或Si晶体中。如果在Si晶体中掺入少量的五价杂质元素,例如磷(P)元素,则P原子将全部扩散到加热了的Si晶体中。因为P原子比Si原子数目少得多,所以当冷却后形成固态晶体时,整个晶体结构不变,只是某些位置上的Si原子被P原子代替了。因为每个P原子有5个外层子,所以组成共价键后就自然而然地多出一个电子,此电子受原子核的束缚力很小,很容易成为自由电子。;1. N型半导体;N型半导体结构;2. P 型半导体;杂质半导体的示意表示法:;3. 杂质对半导体导电性的影响;小 结;*;*;1. PN结的形成
物质从浓度大的地方向浓度小的地方运动叫扩散。当P型半导体和N型半导体结合在一起时,因为空穴在P区中是多子,在N区中是少子;同样,电子在N区中是多子,在P区中是少子,所以在P、N两区交界处,由于载流子浓度的差异,要发生电子和空穴的扩散运动,多子都要向对方区域移动。当电子和空穴相遇时会复合消失。假设扩散运动的方向由正指向负(P区指向N区),则空穴将顺扩散运动方向移动,电子将逆扩散运动方向移动。;; 当扩散和漂移运动达到平衡后,空间电荷区的宽度和内电场电位就相对稳定下来。此时,有多少个多子扩散到对方,就有多少个少子从对方飘移过来,二者产生的电流大小相等,方向相反。因此,在相对平衡时,流过PN结的电流为0。; 扩散的结果在两区交界处的P区一侧,出现了一层带负电荷的粒子区(即不能移动的负离子);在N区一侧,出现了一层带正电荷的粒子区(即不能移动的正离子),形成了一个很薄的空间电荷区,这就是PN结,如图。; 浓度差
?
多子扩散
?
空间电荷区
(杂质离子)
?
内电场
? ?
促少子 阻多子
漂移 扩散
? ?
动态平衡时;1).空间电荷区中没有载流子。;2. PN结的单向导电特性;一、PN 结正向偏置; (1)当0≤Uf<UT时,UT为死区电压,或称门坎电压。这时由于外电场还不足以克服内电场对载流子扩散所造成的阻力,所以正向电流If几乎为零,PN结呈现出一个大电阻,好像有一个门坎。
(2)当Uf≥UT后,这时在外电场的作用下,内电场被大大削弱,多子不断地向对方区域扩散,且进入空间电荷区后,一部分空穴会与负离子中和,一部分电子会与正离子中和,使空间电荷量减少,PN结变窄。; 空间电荷区中载流子数量的增加,相当于PN结电阻的减小。这样,载流子就能顺利地越过PN结,形成闭合的回路,产生较大的正向电流If。因为外电源不断地向半导体提供空穴和电子,所以使电流If得以维持。PN结的正向特性曲线如图 (b)所示。
; (1) 空间电荷区变窄的过程,相当于载流子充进了PN结。P区一侧充正电(充入空穴),N区一侧充负电(充入电子),这现象如同一个电容器的充电,此电容称为耗尽层电容Ct。它是由耗尽层内电荷存储作用引起的。我们知道, 耗尽层内有不能运动的正负离子, 因而该层缺少载流子, 导电率很低, 相当于介质, 而它两边的P区和N区导电率相对很高, 相当于金属。当外加电压改变时, 耗尽层的电荷量也要改变, 引起电容效应, 耗尽层有势垒, 因此称为势垒电容。 ;二、PN 结反向偏置; 因此,PN结处于反偏时,电阻是很大的。PN结的反向特性曲线如图所示。
IR有时也称为反向饱和电流IS。这是因为当温度不变时,少子的浓度不变,所以在一定的电压范围内,IR几乎不随反偏电压的增加而变大,见图。但温度升高会使少子增加,故IR会随温度的上升而增长很快,这就是PN结的温度特性。
由此可见,PN结具有单向导电的
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