常用半导体器件(模电).ppt

第1章常用半导体器件1.1半导体基础知识半导体的热敏特性、光敏特性和掺杂特性：1.1.1本征半导体硅和锗都是晶体，晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵——称为晶格。整块晶体内部晶格排列完全一致的晶体称为单晶。
硅和锗的单晶体即为本征半导体。2．本征半导体中的两种载流子
在绝对零度（T=-273℃或T=0K）下，本征半导体中的每个价电子都被束缚在共价键中，不存在自由运动的电子，本征半导体相当于绝缘体。本征半导体导电依靠两种载流子-自由电子和空穴3．热平衡载流子的浓度
在本征半导体中不断地进行着激发与复合两种相反的过程，当温度一定时，两种状态达到动态平衡，即本征激发产生的电子-空穴对，与复合的电子-空穴对数目相等，这种状态称为热平衡状态。
半导体中自由电子和空穴的多少分别用浓度（单位体积中载流子的数目）ni和pi来表示。
热平衡状态下的本征半导体：其载流子的浓度是一定的，并且自由电子的浓度和空穴的浓度相等。式中：浓度单位为cm-3，
K是常量（硅为3.88×1016cm-3K-3/2，锗为1.76×1016cm-3K-3/2），
T为热力学温度，
k是玻尔兹曼常数（8.63×10-5eV/K），
Eg0是T=0K(即-273℃)时的禁带宽度(硅为1.21eV，锗为0.785eV)。1.1.2杂质半导体图1-4N型半导体结构示意图2．P型半导体
在纯净的单晶硅中掺入微量的三价杂质元素，如硼、镓、铟等，便构成P型半导体。
在P型半导体中，由于掺入的是三价杂质元素，使空穴浓度远大于自由电子浓度，
空穴：多数载流子(多子)
自由电子：少数载流子(少子)
受主原子：杂质原子1.1.3PN结
半导体器件的核心是PN结。
半导体二极管是：单个PN结；
半导体三极管具有：两个PN结；
场效应管的基本结构也是：PN结。+当多子的扩散运动和少子的漂移运动达到动态平衡时，由多子扩散运动所形成的扩散电流和少子的漂移运动所形成的漂移电流相等，且两者方向相反，此时，空间电荷区（又称耗尽层、阻挡层）宽度一定，PN结电流为零。
在动态平衡时，由内电场产生的电位差称为内建电位差Uho,如图1-6（c）所示。
处于室温时，锗的Uho≈0.2~0.3V，硅的Uho≈0.5~0.7V。对称PN结:P型区和N型区的掺杂浓度相等时，正离子区与负离子区的宽度也相等;2．PN结的单向导电性
1）正向特性2）反向特性由于少数载流子是由本征激发产生的，其浓度很低，因此反向电流数值很小。
在一定的温度下，当外加反向电压超过某个数值(约为零点几伏)后，反向电流将不再随着外加反向电压的增加而增大，故又称为反向饱和电流(ReverseSaturationCurrent)，用IS表示。3）伏安特性
根据理论分析，PN结两端的电压U和流过PN结的电流I之间的关系为：即I随U按指数规律变化；当PN结外加反向电压（U为负），且|U|>>UT时，eU/UT→0，则I≈-IS。即反向电流与反向电压大小无关。
PN结的反向饱和电流IS一般很小(硅PN结：毫微安量级，锗PN结：微安量级)，所以PN结反向特性曲线几乎接近于横坐标。
I与U的关系曲线如图1-9所示。3．PN结的击穿特性
如前所述，当PN结外加反向电压时，流过PN结的反向电流很小，但是当反向电压不断增大，超过某一电压值时，反向电流将急剧增加，这种现象称为PN结的反向击穿。
反向电流急剧增加时所对应的反向电压U(BR)称为反向击穿电压。PN结产生反向击穿的原因有以下两种：
1）雪崩击穿：掺杂浓度较低的PN结中，连锁反应，造成载流子急剧增多，使反向电流“滚雪球”般骤增。雪崩击穿的击穿电压较高，其值随掺杂浓度的降低而增大。
空间电荷区变宽——内电场加强——飘移运动加速——动能加大——共价键价电子碰撞
——产生电子-空穴对——电场加速——碰撞其他中性原子——产生新的电子空穴对。4．PN结的温度特性
由式（1-2）可知，PN结电流的大小与UT和IS有关，而UT和IS均为温度的函数，所以PN结的伏安特性与温度有关。
实验证明，在室温下，温度每升高1℃，在同一正向电流下，PN结正向压降减小2~2.5mV；温度每升高10℃，反向饱和电流大约增加1倍。所以当温度升高时，PN结的正向特性曲线向左移动，反向特性曲线向下移动。
此外,PN结的反向击穿特性也与温度有关。理论分析表明，雪崩击穿电压随温度升高而增大，具有正的温度系数；齐纳击穿电压随温度的升高而降低，具有负的温度系数。5．PN结的电容特性
实践证明，PN结的单向导电性仅在直流或外加电压变化非常缓慢的情况下才是正确的。当外加电压变化很快时，PN结的单向导电性就不完全成立，其主要原因是PN结的电容效应。在PN结内部由于载流子运动所产生的电容效应主要有势垒电容和扩散电容。1）势垒电容Cb
当