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第二講半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識,一、本征半導(dǎo)體,二、雜質(zhì)半導(dǎo)體,三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?四、PN結(jié)的電容效應(yīng),一、本征半導(dǎo)體,導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。,無雜質(zhì),穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),本征半導(dǎo)體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。,1、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？,導(dǎo)體－－鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。,絕緣體－－惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能導(dǎo)電。,半導(dǎo)體－－硅（Si）、鍺（Ge），均為四價元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。,2、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu),由于熱運動，具有足夠能量的價電子掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子,自由電子的產(chǎn)生使共價鍵中留有一個空位置，稱為空穴,自由電子與空穴相碰同時消失，稱為復(fù)合。,共價鍵,一定溫度下，自由電子與空穴對的濃度一定；溫度升高，熱運動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自由電子與空穴對的濃度加大。,外加電場時，帶負電的自由電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運動方向相反。由于載流子數(shù)目很少，故導(dǎo)電性很差。溫度升高，熱運動加劇，載流子濃度增大，導(dǎo)電性增強。熱力學(xué)溫度0K時不導(dǎo)電。,3、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子,運載電荷的粒子稱為載流子。,二、雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N型半導(dǎo)體,,磷（P）,雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強，實現(xiàn)導(dǎo)電性可控。,多數(shù)載流子,2.P型半導(dǎo)體,,硼（B）,多數(shù)載流子,P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強，,三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動。氣體、液體、固體均有之。,P區(qū)空穴濃度遠高于N區(qū)。,N區(qū)自由電子濃度遠高于P區(qū)。,擴散運動使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場，不利于擴散運動的繼續(xù)進行。,1、PN結(jié)的形成,因電場作用所產(chǎn)生的運動稱為漂移運動。,參與擴散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同，達到動態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。,由于擴散運動使P區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場，從而阻止擴散運動的進行。內(nèi)電場使空穴從N區(qū)向P區(qū)、自由電子從P區(qū)向N區(qū)運動。,PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：耗盡層變窄，擴散運動加劇，由于外電源的作用，形成擴散電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。,PN結(jié)加反向電壓截止：耗盡層變寬，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認為其截止。,,2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?,4、PN結(jié)的電流方程,PN結(jié)所加端電壓u與流過它的電流i的關(guān)系為：,IS為反向飽和電流，q為電子的電量，k為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。,將上式中kT/q用UT取代，則得,常溫下，即T=300K時，UT≈26mV,當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓，且u>>UT時，i≈ISeu/UT當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓，且|u|>>UT時，i≈-IS,四、PN結(jié)的電容效應(yīng),1.勢壘電容,PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。,2.擴散電容,PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴散電容Cd。,結(jié)電容：,結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦裕?