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1、第二章 半导体基本特性与晶体管工作原理,半导体的特性 PN结的形成,固体材料：超导体:大于106(cm)-1 导 体:106104(cm)-1 半导体:10410-10(cm)-1 绝缘体:小于10-10(cm)-1,？什么是半导体,从导电特性和机制来分：不同电阻特性不同输运机制,1、半导体的晶体结构,金刚石结构,半导体有元素半导体，如：Si、Ge 化合物半导体，如：GaAs、InP、ZnS,价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带导带：0K条件下未被电子填充的能量最低的能带禁带：导带底与价带顶之间能带带隙：导带底与价带顶之间的能量差,2、半导体的能带结构,在0K时，导带中没有电子，当温度升
2、高时晶格会发生热振动，价带中的电子在吸收了晶格离子热运动的能量后会大量跃入导带，导带中的自由电子数增加，导电率也增加。当价带中的电子跃入导带后，在价带中会留下一个没有电子的量子态，这种空的量子态就称为空穴,3.半导体中的载流子：能够导电的自由粒子,本征半导体:n=p=ni,电子：Electron，带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子空穴：Hole，带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位。,4.半导体的掺杂,受 主 掺 杂,施 主 掺 杂,施主和受主浓度：ND、NA,施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向
3、半导体中 提供导电的电子，并成为带正电的离子。如在 Si中掺的P 和As。受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体 中提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如在Si中掺的B。,本征载流子浓度：n=p=ni np=ni2ni与禁带宽度和温度有关,5.本征载流子,本征半导体：没有掺杂的半导体本征载流子：本征半导体中的载流子,载流子浓度,电 子 浓 度 n,空 穴 浓 度 p,6.非本征半导体的载流子,在非本征情形:,热平衡时:,N型半导体：n大于pP型半导体：p大于n,多子：多数载流子n型半导体：电子p型半导体：空穴少子：少数载流子n型半导体：空穴p型半导体：电子,7.电中性条件:正负电
4、荷之和为0,p+Nd n Na=0,施主和受主可以相互补偿,p=n+Na Ndn=p+Nd Na,n型半导体：电子 n Nd 空穴 p ni2/Ndp型半导体：空穴 p Na 电子 n ni2/Na,重 点,半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体载流子、电子、空穴、能带、导带、价带、禁带掺杂、施主、受主,据统计：半导体器件主要有67种，另外还有110个相关的变种所有这些器件都由少数基本模块构成：pn结金属半导体接触 MOS结构 异质结 超晶格,半导体器件物理基础,PN结的结构,把P型半导体和N型半导体结合起来就形成PN结PN结具有半导体没有的一些特性,1.PN结的形成,载流子
5、的输运：扩散从高浓度向低浓度运动电子：NP空穴：PN漂流在电场作用下运动电子：PN空穴：NP,2.平衡的PN结：没有外加偏压,载流子漂移(电流)和扩散(电流)过程保持平衡(相等)，形成自建场和自建势,3.正向偏置的PN结情形,正向偏置时，扩散大于漂移,空穴：,正向电流：,电子：,N,P,4.PN结的反向特性,N区,P区,空穴：,电子：,N区,P区,扩散,扩散,漂移,漂移,反向电流：,反向偏置时，漂移大于扩散,N,P,5.PN结的特性,单向导电性：正向偏置 反向偏置,正向导通，多数载流子扩散电流反向截止，少数载流子漂移电流,正向导通电压Vbi0.7V(Si),反向击穿电压Vrb,PN结的击穿雪崩击穿 PN结反向电压增大到某一数值时，载流子倍增就像雪崩一样增加的多而快。齐纳/隧穿击穿 在高的反向电压下，PN结中存在强电场，它能够直接破坏共价键，将束缚电子分离出来形成电子-空穴对，形成大的反向电流。,
