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1、1,半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) PN結(jié),二級(jí)管單向?qū)щ娫?2,完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。,常用的半導(dǎo)體材料是硅和鍺, 它們都是四價(jià)元素。,將材料提純便形成單晶體,它的原子結(jié)構(gòu)為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。,,當(dāng)溫度 T = 0 K 時(shí),半導(dǎo)體不導(dǎo)電,如同絕緣體。,1.結(jié)構(gòu),,一、本征半導(dǎo)體,3,若T ?,將有少數(shù)價(jià)電子克服共價(jià)鍵的束縛成為自由電子, 在原來(lái)的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位——空穴。,2.載流子,半導(dǎo)體中存在兩種載流子:帶
2、負(fù)電的自由電子;帶正電的空穴。,自由電子與空穴是同時(shí)成對(duì)產(chǎn)生的,兩種載流子的濃度相等。,ni=pi,本征激發(fā),復(fù)合,,動(dòng)態(tài)平衡,本征半導(dǎo)體中:,4,摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體:,,N 型半導(dǎo)體,P 型半導(dǎo)體,,,Si(+4)+硼原子(+3),Si(+4)+磷原子(+5),,,空穴數(shù)量,,自由電子,,,導(dǎo)電能力,,二、雜質(zhì)半導(dǎo)體,5,1、 N 型半導(dǎo)體(Negative),(電子型半導(dǎo)體),半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素構(gòu)成.,多子:自由電子少子:空穴,五
3、價(jià):磷、銻、砷,2、 P 型半導(dǎo)體(Positive),半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素構(gòu)成.,多子:空穴少子:自由電子,(空穴半導(dǎo)體),三價(jià):硼、鎵、銦,5 價(jià)雜質(zhì)原子稱為施主原子。,3 價(jià)雜質(zhì)原子稱為受主原子。,6,說(shuō)明:,1. 摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度;溫度決定少數(shù)載流子的濃度。,3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性。,2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)體,因而其 導(dǎo)電能力大大改善。,,P型半導(dǎo)體:,空穴=自由電子+負(fù)離
4、子數(shù),N型半導(dǎo)體:,自由電子=空穴+正離子數(shù),4. 雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。,(a) N 型半導(dǎo)體,(b) P 型半導(dǎo)體,7,1.2 PN 結(jié),在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體,另一側(cè)摻雜成為N 型半導(dǎo)體,兩個(gè)區(qū)域的交界處就形成了一個(gè)特殊的薄層,稱為PN 結(jié)。,一、PN 結(jié)的形成,8,PN 結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng),,,,,耗盡層,1. 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),2. 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成空間電荷區(qū),電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。,——
5、PN 結(jié),耗盡層。,8,9,3. 空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng),,空間電荷區(qū)正負(fù)離子之間電位差 Uho —— 電位壁壘;N區(qū)到P區(qū)—— 內(nèi)電場(chǎng);內(nèi)電場(chǎng)阻止多子的擴(kuò)散 —— 阻擋層。,4. 漂移運(yùn)動(dòng),內(nèi)電場(chǎng)有利于少子運(yùn)動(dòng)—漂移。,9,10,5. 擴(kuò)散與漂移的動(dòng)態(tài)平衡,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)增大;隨著內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng),漂移運(yùn)動(dòng)逐漸增加;當(dāng)擴(kuò)散電流與漂移電流相等時(shí),PN 結(jié)總的電流等于零,空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定。,即擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡
6、。,11,二、 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?1. PN結(jié) 外加正向電壓時(shí),又稱正向偏置,簡(jiǎn)稱正偏。,11,,限流電阻,處于導(dǎo)通狀態(tài),12,2. PN 結(jié)外加反向電壓時(shí),12,,反向接法:外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致,增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)的作用;,外電場(chǎng)使空間電荷區(qū)變寬;,漂移>擴(kuò)散,產(chǎn)生反向電流 IS ;,反向電流又稱反向飽和電流。對(duì)溫度十分敏感,隨著溫度升高, IS 將急劇增大。,處于截止?fàn)顟B(tài)(反偏),13,當(dāng) PN 結(jié)正向偏置時(shí),回路中將產(chǎn)生一個(gè)
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