整理1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)

1、精品文檔精品文檔一、復(fù)習(xí)引入半導(dǎo)體的概念導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的電阻率為 10-10-310109Q.cm.cm。常用的半導(dǎo)體材料有硅（SiSi）、鍺（GeGe）、硒（SeSe）和砷化傢（GaASGaAS 及其他金屬氧化物和硫化物等，半導(dǎo)體一 般呈晶體結(jié)構(gòu)。二、新授（一） 半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體之所以引起人們注意并得到廣泛應(yīng)用，其主要 原因并不在于它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而在 于它有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1.1. 摻雜性在半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)，可改變其電阻率和導(dǎo)電類 型。2.2. 溫度敏感性半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化很敏感，并隨摻雜濃度不 同，具有正或負(fù)的電阻溫度系數(shù)。

2、3.3. 光敏感性精品文檔精品文檔光照能改變半導(dǎo)體的電阻率。根據(jù)半導(dǎo)體的以上特點(diǎn)，可將半導(dǎo)體做成各種熱敏元 件、光敏元件、二極管、三極管及場(chǎng)效應(yīng)管等半導(dǎo)體器件（二） 本征半導(dǎo)體純凈的不含任何雜質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)排列整齊的半導(dǎo)體稱 為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的最外層電子（稱為價(jià)電子） 除受到原子核吸引外還受到共價(jià)鍵束縛，因而它的導(dǎo)電能 力差。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨外界條件改變而改變。它具有 熱敏特性和光敏特性，即溫度升高或受到光照后半導(dǎo)體材 料的導(dǎo)電能力會(huì)增強(qiáng)。這是由于價(jià)電子從外界獲得能量，掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子。這時(shí)，在共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 中留下相同數(shù)量的空位，每次原子失去價(jià)電子后，變成正 電荷的離子，

3、從等效觀點(diǎn)看， 每個(gè)空位相當(dāng)于帶一個(gè)基本 電荷量的正電荷，成為空穴。在半導(dǎo)體中，空穴也參與導(dǎo) 電，其導(dǎo)電實(shí)質(zhì)是在電場(chǎng)作用下，相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子 填補(bǔ)了空穴而產(chǎn)生新的空穴，而新的空穴又被其相鄰的價(jià)電子填補(bǔ)，這個(gè)過(guò)程持續(xù)下去，就相當(dāng)于帶正電荷的空穴在移動(dòng)。共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)與空穴產(chǎn)生示意圖如圖 1 1 所示。精品文檔精品文檔圖 1 1 共價(jià)健結(jié)構(gòu)與空穴產(chǎn)生示意圖（三）N N 型和 P P 型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力差，但是在本征半導(dǎo)體中摻入 某種微量元素（雜質(zhì)）后，它的導(dǎo)電能力可增加幾十萬(wàn)甚 至幾百萬(wàn)倍。1 1. N N 型半導(dǎo)體用特殊工藝在本征半導(dǎo)體摻入微量五價(jià)元素，如磷或 砷。這種元素在和半導(dǎo)體原

4、子組成共價(jià)鍵時(shí)，就多出一個(gè) 電子。這個(gè)多出來(lái)的電子不受共價(jià)鍵的束縛，很容易成為 自由電子而導(dǎo)電。這種摻入五價(jià)元素，電子為多數(shù)載流子， 空穴為少數(shù)載流子的半導(dǎo)體叫電子型半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱 N N 型半導(dǎo)體。如圖 1-21-2 （a a）所示。精品文檔精品文檔2 2. P P 型半導(dǎo)體在半導(dǎo)體硅或錯(cuò)中摻入少量最外層只有 3 3 個(gè)電子的硼 元素，和外層電子數(shù)是 4 4 個(gè)的硅或錯(cuò)原子組成共價(jià)鍵時(shí)， 就自然形成一個(gè)空穴，這就使半導(dǎo)體中的空穴載流子增 多，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，這種摻入三價(jià)元素，空穴為多數(shù)載流 子，而自由電子為少數(shù)載流子的半導(dǎo)體叫空穴型半導(dǎo)體，2 2 (b b)所示zS/S（a a） N N 型半導(dǎo)

5、體b b ）P P 型半導(dǎo)體圖 2 2 摻雜半導(dǎo)體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖（四）PNPN 結(jié)P P 型或 N N 型半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力雖然大大增強(qiáng)，但并不能 直接用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。通常是在一塊純凈的半導(dǎo)體晶 片上，采取一定的工藝措施，在兩邊摻入不同的雜質(zhì)，分 別形成 P P 型半導(dǎo)體和精品文檔精品文檔N N 型半導(dǎo)體，它們的交界面就形成了PNPN 結(jié)。PNPN 結(jié)是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。1 1. PNPN 結(jié)的形成 在一塊純凈的半導(dǎo)體晶體上，采用特殊摻雜工藝，在 兩側(cè)分別摻入三價(jià)元素和五價(jià)元素。一側(cè)形成 P P 型半導(dǎo)體， 另一側(cè)形成 N N 型半導(dǎo)體如圖 3 3 所示。P P 區(qū)的空穴濃度大，會(huì)

6、向 N N 區(qū)擴(kuò)散， N N 區(qū)的電子濃度 大則向P P 區(qū)擴(kuò)散。這種在濃度差作用下多數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng) 稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)?？昭◣д姡娮訋ж?fù)電，這兩種載流子 在擴(kuò)散到對(duì)方區(qū)域后復(fù)合而消失，但在 P P 型半導(dǎo)體和 N N 型 半導(dǎo)體交界面的兩側(cè)分別留下了不能移動(dòng)的正負(fù)離子，呈 現(xiàn)出一個(gè)空間電荷區(qū)，這個(gè)空間電荷區(qū)就稱為 PNPN 結(jié)。PNPN 結(jié)的形成會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由 N N 區(qū)指向 P P 區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)的 產(chǎn)生對(duì) P P 區(qū)和 N N 區(qū)間多數(shù)載流子的相互擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作 用。同時(shí)，在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，P P 區(qū)中的少數(shù)載流子電子、N N 區(qū)中的少數(shù)載流子空穴會(huì)越過(guò)交界面向?qū)Ψ絽^(qū)域運(yùn)動(dòng)。 這種在內(nèi)

7、電場(chǎng)作用下少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)稱漂移運(yùn)動(dòng)。漂移 運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)最終會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，PNPN 結(jié)的寬度保持一精品文檔精品文檔P 區(qū)Ph 結(jié)NK。睡O 空穴e 電子 4 e* 內(nèi)電場(chǎng)圖 3 3 PNPN 結(jié)的形成2 2. PNPN 結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng) PNPN 結(jié)的兩端加上正向電壓，即 P P 區(qū)接電源的正極,N N 區(qū)接電源的負(fù)極， 稱為PNPN 結(jié)正偏，如圖 4 4 (a a)所示。I=0 TETPI-TPI-(a a)PNPN 結(jié)正偏圖 4 4 PNPN 結(jié)的單向?qū)щ娦酝饧与妷涸赑 PN N上所形成的外電場(chǎng)與P PN N結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的方 向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)的作用，破壞了原有的動(dòng)態(tài)平衡， 使 PNPN 結(jié)變窄，加強(qiáng)了多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成較大 的正向電流。這時(shí)稱 PNPN 結(jié)變寬外電場(chǎng)RPNPN 結(jié)反偏精品文檔精品文檔為正向?qū)顟B(tài)。如果給 PNPN 外加反向電壓，即 P P 區(qū)接電源的負(fù)極，N N 區(qū) 接電源的正極，稱為 PNPN 結(jié)反偏，如圖 4 4 (b)(b)所示。外加電 壓在 PNPN 結(jié)上所形成的外電場(chǎng)與P PN N 結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的方向相同， 增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)的作用，破壞了原有的動(dòng)態(tài)平衡，使 PNPN 結(jié) 變厚，加