半导体不导电课件

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,*,*,*,第一章 半导体器件,1.1,半导体的基础知识,1.1.1 本征半导体,纯净的具有晶体结构的半导体,导体：,自然界中很容易导电的物质称为,导体,，金属一般都是导体。,绝缘体：,有的物质几乎不导电，称为,绝缘体,，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半导体：,另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为,半导体,，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,一、,导体、半导体和绝缘体,第一章 半导体器件,半导体,的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。,例如：,当受外界热和光的作用时，,它的导电能力明显变化。,往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。,光敏器件,二极管,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体,将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。,价电子,共价键,图 1.1.1本征半导体结构示意图,二,、本征半导体的,晶体,结构,当温度,T,=0,K 时，半导体不导电，如同绝缘体。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,图 1.1.2本征半导体中的,自由电子和空穴,自由电子,空穴,若,T,，将有少数价电子克服共价键的束缚成为,自由电子,，在原来的共价键中留下一个空位,空穴。,T,自由电子,和,空穴,使,本征半导体具有导电能力，但很微弱。,空穴可看成带正电的载流子。,三,、本征半导体,中的两种载流子,（,动画1-1,）,（,动画1-2,）,1.半导体中两种载流子,带负电的,自由电子,带正电的,空穴,2.本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为,电子-空穴对。,4.由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。,在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。,5.载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。,小结：,1.1.2杂质半导体,杂质半导体有两种,N 型半导体,P 型半导体,一、N 型半导体(Negative),在硅或锗的晶体中掺入少量的,5 价,杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成,N 型半导体,(,或称电子型半导体,),。,常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。,本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。,自由电子浓度远大于空穴的浓度，即,n,p,。,电子称为多数载流子,(简称多子)，,空穴称为少数载流子,(简称少子)。,5 价杂质原子称为,施主原子。,二、P 型半导体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,在硅或锗的晶体中掺入少量的,3 价,杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成,P 型半导体,。,+3,空穴浓度多于电子浓度，即,p,n,。,空穴为多数载流子,，电子为少数载流子。,3 价杂质原子称为,受主原子。,受主原子,空穴,图 1.1.4P 型半导体,在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，,称为 PN 结,。,P,N,PN结,图 PN 结的形成,一、PN 结的形成,1.1.3PN结,二、PN 结的单向导电性,1.,PN结,外加正向电压时处于导通状态,又称正向偏置，简称正偏。,外电场方向,内电场方向,耗尽层,V,R,I,空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。,P,N,什么是PN结的单向导电性？,有什么作用？,在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻,R,。,2.,PN 结,外加反向电压时处于截止状态,(,反偏,),反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；,外电场使空间电荷区变宽；,不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流,I,；,由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。,耗尽层,图 1.1.7PN 结加反相电压时截止,反向电流又称,反向饱和电流,。,对温度十分敏感,，,随着温度升高，,I,S,将急剧增大,。,P,N,外电场方向,内电场方向,V,R,I,S,当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN 结处于,导通状态,；,当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN 结处于,截止状态,。,（动画1-4）,（动画1-5）,综上所述：,可见，PN 结具有,单向导电性,。,四、PN结的伏安特性,i,=,f,(,u,),之间的关系曲线。,60,40,20,0.002,0.004,0,0.5,1.0,25,50,i,/mA,u,/V,正向特性,死区电压,击穿电压,U,(BR),反向特性,图 1.1.10PN结的伏安特性,反向击穿,齐纳击穿,雪崩击穿,