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1、 第一章半导体基本器件及应用电路$1.1半导体材料及导电特性$1.2PN结原理$1.3晶体二极管及应用$1.4双极班周1.1半导体材料及导电特性引言1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.3漂移电流与扩敬申;1.1半导体材料及导电特性G1,什么是半导体:电阻率p介于导体和绝缘体之间固体按导电性能上可分为三类:导佛:pI020cm如:云母、陶赛升导作“510“e10e00口如:确Si(Silicon)p=1059cm错Ge(Germaninm)p=4.770782cm砷化镣GaAsp=107Qcm2汪音p的单位助霾一一g一一gcl定“不3.中导体具有其它特性:对p影响较大的因素:杂质,温
2、度,光照1.1.1本征半导体定义:没有杂质“纯沼的单晶体称为本征半导体.(一)本征半导体的共价键结构1_Si、Ge原子结构模型Si(14)和Ge(32)因外层都有4个价电子,由于外层价电子受原子核+口的束缚力小,许多物理现象是由外层价电子数办庞孙欧定,为了更方便研究+4t懋+4价电子的作用常把原子觞炳於核和内层电子看作一个整体,称为惯性核。在81或Ge单晶体中,价电子处于丞缮状态,其能量较估,处于较低的能带称为价带。而自由电子处较高的能带称为导带。由于价电子至少要获得E,的能量才能挣腾共价镀的林缮成为自由电子,因此自由电子所占有的最低能级要比价电子可能占有的最高一二x一一xA一一xA一一能级高
3、出E,于是S1(或Ge)晶体中的|能量分布中有一段间隐不可能被电子所占炳孙荣盛有。其宽度为E,称为禁帐宽度。E。一舫与半导体材料和遢度T有关:孔茹T=0K(-273.16“e)时,T=300k(宪温E,o(SD=1.21evE,(S=1.12evI艘罄根芸Ev。(Ge)=0.785evE,(,j=0.72e切动(二本征激发和两种载流子在常温下本征半导体内有两种载流子:载流子。物仰内运载电荷的粒子,决定于物休的导电能力。广自由电子载流子:带单位货电飞空穴载流子:带单位正电1在外电场作用下电子、空穴运动方向相反,对电流的贡献是迪加的。注意:GD在本征激发(或热激发a:空穴带正电量b:空穴是半导体中
4、所特有的带单位空穴:-|正电荷的粥子,与电子电量相等,符号相反c:空穴在价带内运动,也是一种载流子。在外电场作用下可在晶体内定向移动中,电子、空穴成寺产生+4+4+4+4口子恒奔春移形稼洁伟茵(三)本征载流二(intrinsiccarrier)浓度由上式:T一nuorp)|一导电能力f可制作热敏元件一影响半导体嘴件的稳定性男外光照-mv(orp)f一导电能力一可制作光电器件若设m为电子浓度,pi为空穴浓度本征载流子浓度:m,zpzA,T。2exp(-Euo/2KT)其中:A。为常数,与半导体材料有关:SisAu=3.88X1015(cm3ulc20)GesAu=1.76X1016(cmr2.k
5、c20)k为玲耳兹曼常数k=1.38x1023(JK-)当Te300K(室温“SisnFpi一1.5X10ocm2Ge:npi一2.4X1077cm1.1.2杂质半导体aonorandacceptorimpurities)实际上,制造半导体器件的材料并不是本征半导体,而是人为地掳入一定杂质成份的半导体1什么是杂质半导体:人为地摄入一定杂质成份的半导体2“为什么要探杂:提高半导体的导电能力例如:Si本征半导体(T一300K2:mi=p士1.5X1010/cm23.3X1012分之一原子密度4.96X1022/cm故:本征半导体的导电能力很弱。3“在本征半导体中探入不同种类的杂质可以改变半导体中两种载流子的浓度。根据探入杂质的种类可分为。N型半导体(探入5价元素杂质P型半导体(探入3价元素杂质(一)N型半导体(NTypesemiconductor在N型升导作木自H丁-拾恒T,3峡弘TOiqikim河少子一电孔少孔浇度m史一f市行1一4+4激发产生的空穴一样可以自由运动。对半导体的导电有贡献。应子虔盛EP型半导体的特点:%一1、与本征潘发不同。受主原子接受电子在价带巾产生一个空穴,但并不在导带中产路为烈绵-=-|R8熏洛生电子,而在晶格中留下一个负离子。负切劾离子不能自由移动,不起导电作用。匹目
