文档介绍：1第1章半导体器件 半导体的特性 半导体二极管 双极型三极管( BJT ) 场效应三极管 2 第一节第一节半导体的特性半导体的特性本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体 3 3 第一节半导体的特性 1. 1. 半导体半导体(semiconductor) 共共价价键键导电能力介于导体和绝缘体之间的物质统称为半导体。导电性能由其原子结构决定。硅原子序数 14,锗 32,最外层轨道均 4个电子, 价电子一、本征半导体(intrinsic semiconductor) 价价电电子子晶体中的价电子与共价键+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4· ·· · 简化模型+14· · ··· · ·· · · ···· +32 硅与锗原子结构模型 4 4 第一节半导体的特性 2. 2. 本征半导体本征半导体( ( intrinsic semiconductors intrinsic semiconductors ) ) 纯净的、不含杂质的半导体称为纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。本征半导体。在本征半导体中,由于晶体中共价键的结合力很强, 在本征半导体中,由于晶体中共价键的结合力很强, 在热力学温度零度在热力学温度零度(即(即 T T = 0 K = 0 K ) )时, 时, 价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚, 价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚, 晶体中不存在能够导电的载流子, 晶体中不存在能够导电的载流子, 半导体不能导电,如同半导体不能导电,如同绝缘体绝缘体一样。一样。 5 5 第一节半导体的特性+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子带负电的自由电子带负电的自由电子 free electron free electron 带正电的空穴带正电的空穴 hole hole 如果温度升高, 如果温度升高, 少数价电子将挣脱共价键束缚成为少数价电子将挣脱共价键束缚成为自由电子。自由电子。在原来的共价键位置在原来的共价键位置留下一个空位, 留下一个空位, 称之为称之为空穴。空穴。 6 6 第一节半导体的特性+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 半导体中存在两种载流子: 半导体中存在两种载流子: 带负电的带负电的自由电子自由电子和带正电的和带正电的空穴。空穴。在一定温度下在一定温度下电子电子––空穴对空穴对的的产生和复合达到动态平衡。产生和复合达到动态平衡。在本征半导体中, 在本征半导体中, 两种载流子总是成对出现两种载流子总是成对出现称为称为电子电子––空穴对空穴对本征载流子的浓度对温度十分敏感本征载流子的浓度对温度十分敏感电子电子––空穴空穴对对两种载流子浓度相等两种载流子浓度相等 7 7 第一节半导体的特性 1. N 1. N 型(或电子型)半导体型(或电子型)半导体(N-type semiconductor) (N-type semiconductor) 二、杂质半导体则原来晶格中的某些硅原子将被则原来晶格中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子代替。杂质原子与周围四个硅原子组成杂质原子与周围四个硅原子组成共价键时多余一个电子。共价键时多余一个电子。这个电子只受自身原子核吸引, 这个电子只受自身原子核吸引, 在室温下可成为在室温下可成为自由电子。自由电子。在在4 4价的硅或锗中掺入少量的价的硅或锗中掺入少量的 5 5价价杂质元素杂质元素, , 在本征半导体中掺入某种特定的杂质,就成为在本征半导体中掺入某种特定的杂质,就成为杂质半导体杂质半导体。。+5 +5 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4自由电子自由电子失去自由电子的杂质原子固定在晶格上失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动,并带有正电荷,称为不能移动,并带有正电荷,称为正离子正离子。。 8 8 第一节半导体的特性+5 +5 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 热激发也能使共价键中的电子挣脱共价键的束缚成为热激发也能使共价键中的电子挣脱共价键的束缚成为自由电子,产生电子空穴对。自由电子,产生电子空穴对。在这种杂质半导体中, 在这种杂质半导体中, 电子的浓度大大高于空穴的浓度。电子的浓度大大高于空穴的浓度。电子称为多数载流子,空穴称少电子称为多数载流子,空穴称少数载流子数载流子因主要依靠电子导电, 因主要依靠电子导电, 故称为故称为电子型半导体电子型半导