基本半导体器件梁明理高等教育出版社电子线路,半导体器件,半导体器件物理,半导体物理与器件,半导体分立器件,功率半导体器件,功率半导体器件基础,半导体器件基础,半导体器件物理答案,半导体器件物理基础
1 1 2 导 子器件基导 基本导 路 模导 集成导 路芯片 典型 功能 导 路 二 管原理 极 、特 性、指导 参数 普通二 管 极 ， 光导 \导 光二 管 极 ， 可导 导 容二 管 极 ， 导 导 管等 型三 管 双极 极 模型、导 管 CE\CC\CB导 导 放大导 路 导 导 导 路分析方法： LM324等集成 放 部导 导 导 路原理 运 内 三 管工作原理 极 、 特性、指导 参数。 NPN管 PNP管 导 合管 导 效导 管工作原理、特 性、指导 参数： 增强型NMOS、PMOS管 耗 型 尽 NMOS、PMOS管 N、P 道导 型导 效导 管 沟 导 效导 管管模 型、导 管共源、 共漏、共导 放大 导 路 差导 放 大导 路 功率放 大导 路 导 流源 导 路 整流 导 路 理想 放特性 运 、工作特性 放 指导 运 参数 导 用 比例 放大 导 路 加法 算 运 导 路 法 减 算 运 导 路 微分 算 运 导 路 导 分 算 运 导 路 导 分 算 运 导 路 指数 算 运 导 路 导 数 算 运 导 路 有源 导 波 导 路 导 导 源、导 流源导 导 导 路 直流 导 导 导 路 导 用导 域 1．通信系导 ：如导 音、导 像、导 制信 放大导 路 号 2．控制系导 3．导 导 系导 ：如导 感器导 出微弱信 放大导 路 号 4．导 算机：如主板接口导 路 5．导 导 机械 6．生物 工程 医学 7．航空航天技导 8．导 代智能交通（ITS）…… 导 导 比导 器 波形 导 生 器导 路 导 反导 放大导 路 导 程 内 容 导 构 3 导子导路 1 4 5 6 导 ： 体 自然界中 容易导导的物导 导 很 称导体，金属 一般都是导 。 体 导导 ： 体 有的物导 乎不导导， 导 几 称导导体，如橡皮 、陶瓷、塑料和石英。 半导 ： 体 有一导物导的导导特性导于导 和导导 之 另 体 体 导， 导 称半导体，如导、硅、 化导和一些 砷 硫化物、 化物等。 氧 --- 先介导半导 的基本知导 体 7 半导体的导导机理不同于其 物导，所以 具有 它 它 不同于其 物导的特点。例如： 它 • 受外界导和光的作用导， 的导导能 当 它 力明导导化。 • 往导导的半导 中导入某些导导， 使 体 会 的导导能力明导改导。 它 8 9 特点一：半导 具有导敏特性 体 一些半导 材料加导后导导性能导好（ 导“导导阻特性） 体 称 ，利用导 特性，可制成半导 器件。如：导敏导阻。天行体育网址 个 体 特点二：半导 具有光敏特性 体 一些半导 材料 光强增大导阻导小，利用导 特性，可 体 随 个 制成半导 器件。如：光敏导阻、光导三 管、光导二 体 极 极 管。 特点三：半导 具有导敏特性 体 导导半导 导导后导导性能导好，利用导 特性，可制成半导 体 个 器件。如：半导 二 管、三 管等。 体 体 极 极 半导 导导性能是由其原子导 定的。 体 构决 10 硅 (14 ）原子导 号 构 导 1.1.1 硅原子导构 (a) 硅的原子导 导（ 构 2n 2 ） 最外导导子称价导子 价导子 导（ 32 号 ) 原子也是 4 价元素 4 价元素的原子常常 用 + 4 导荷的正 子和周导 离 4 价导子表示。 个 +4 (b) 导化模型 11 1.1.1 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 完全导导的、不含其他导导且具有晶 导 的半导导 体 构 体 导本征半导 。 称 体 硅或导材 将 料提导 便形成导 晶 ， 的原 体 它 子导 导 共价导 导 构 。 构 价 导 子 共 价 导 导 1.1.2 导晶 中的共价导导 体 构 度 当温 T = 0 K 导， 半导 不导导，如同导导 。 体 体 12 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 导 1.1.3 本征半导 中的 体 自由导子和空 穴 自由导子 空穴 若 T ↑ ，导 导 运→ 少 价导子导 共价导的束 数 脱 导成导自由导子，在原 的 来 共价导中留下一 空位 个 —— 空穴（ 本征激导 称 ）。 T ↑ 自由导 子和空 穴使本征半导 具有导导能 体 力，但 微弱。 很 空穴可看成导正导的 导流子。 导敏特性 13 1. 半导 中 导导流子 体 两 导导导的自由导子 导正导的空穴 2. 本征半导 中，自由导子和空穴导是成导出导， 导 体 称 导 子 - 空穴导。 3. 本征半导 中 体 自由导子和空穴的导度用 n i 和 p i 表示，导然 n i = p i 。 4. 由于物导的 导，自由导子和空穴不 的导生又不 运 断 断 的导合。在一定的 度下，导生 导合 导导 导 到平衡，导 温 与 运 会达 流子的导度就一定了。 5. 导流子的导度 度密切相导， 着 度的升高 与温 它随 温 ，基本按指 导律增加。 数 ------ 导敏特性 导似的，半导 有 体 光敏特性 14 1.1.2 导导半导 有 导 体 两 N 型半导体 P 型半导体 一、 N 型半导体 在硅或导的晶 中导入 体 少量的 5 价导导元素， 如 、导、 等， 成 磷 砷 即构 N 型半导体 ( 或 导子型 称 半导体 ) 。 常用的 5 价导导元素有 、导、 等。 磷 砷 15 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +5 自由导子 施主原子 导 1.1.4 N 型半导 的晶 导导 体 体 构 本征半导 导入 体 5 价元素后，原 晶 来 体 中的某些硅原子 被导 导 将 原子代替。导导原子最外导 有 5 价导子，其中 个 4 硅 成共价导，多余 个与 构 一 导子只受自身原子核 个 吸引，在室 下 可成导 温 即 自由导子。每 原子导出一 个磷 导子， 导 个 称施主原子 . 导导 : 每导入一 原子就导 个磷 入一 自由导子。 个 16 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +5 自由导子 施主原子 导 1.1.4 N 型半导 的晶 导导 体 体 构 例如：硅晶 的原子密 体 度导 5×10 22 /cm 3 ； 导 入微量的 原子，导 其 磷 量导硅的 数 250 万分之一 ，导导导密度（ 250 万分之 一）高 ： 达 2×10 16 /cm 3 本征硅在 300K 下，导子 导度导 1. 5×10 10 /cm 3 ； 而由 原子导生的导子导度 磷 导 2×10 16 /cm 3 （大了 100 万倍）。 少子： 1. 5×10 10 /cm 3 多子：导 2×10 16 /cm 3 与 1. 5×10 10 /cm 3 之和 . 17 本征半导 导入 体 5 价元素后，原 晶 来 体 中的某些硅原子 被导导原子代替。 将 导导 : 每导入一 原子就导入一 自由导子 个磷 个 。 自由导子导度导大于空穴的导度， 即 n
p （导 100 万倍）。 导子 导多 导流子 称 数 ( 导 多子 称 ) ， 空穴 导少 导流子 称 数 ( 导 少子 称 ) 。 多子（自由导子 ) 导度 : n=n 导 +n i 少子（空穴）导度： p=p i 本征激导： n i = p i 18 二、 P 型半导体 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 在硅或导的晶 中导入少量的 体 3 价导导元素，如硼 、导、导等， 成 即构 P 型半导体。 +3 导导 : 每导入一 硼 个 原子就导 入一 空穴 个 。 空穴导 度多于导 子导 度 ， 即 p
n 。 空穴导多 导流子， 数 导子导少 导流子。 数 3 价导 导 原子 导 称受主 原子。 受主 原子 空穴 导 1.1.5 P 型半导 的晶 导导 体 体 构 19 导导半导 的示意表示法： 体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － P 型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N 型半导体 导导型半导 多子和少子的移导都能形成导流。但由于 量 体 数 的导系，起导导作用的主要是多子。近似导导多子 导导导度 与 相等。多子（自由导子 ) 导度 : n=n 导 +n i ≈ n 导 ( 正 子和等量的自由导子 离 ) （导 子和等量的空穴） 离 20 1 、半导 的导导能力介于导 导导导 之导。 体 体与 体 2 、在一定 度下，本征半导 因本征激导而导生自由 温 体 导子和空穴导，故其有一定的导导能力。 3 、本征半导 的导导要由 度 定；导导半导 体 温 决 体 的导导要由所导导导的导度 定。 决 4 、 P 型半导 中空穴是多子 体 ，自由导子是少子。 N 型半导 中自由导子是多子 体 ，空穴是少子。 5 、半导 的导导能力 度、光强、导导导度和材料性 体 与温 导有导。 导住导熟：第 4 条 21 1. 导导的导度 定 决 多子导度； 度 定 温 决 少子的导度。 3. 导导半导 导导 上保持 体 体 导中性。 4. 导导半导 的表示方法如下导所示。 体 2. 导导半导体导流子的 目 数 要导导高于本征半导 ，因 体 而其导导能力大大改善。 (a)N 型半导 （多子导导子） 体 (b) P 型半导 （多子导空穴） 体 思考： P 型半导 和 体 N 型半导 导合在一起， 导生什导？ 体 将会 22 1. PN 在同一片半导 基片上，分导制 体 造 P 型半导 和 体 N 型半导 ，导导导 体 流子的导散，在 导的交界面导就形 它 成了 PN 导。 23 P 型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － N 型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 导散 导 运 导导 内 E 漂移 导 运 （多子）导散的导果是 使空导导荷 加导，空导 区 导荷 越导。 区 导导越强，就使（ 内 少 子）漂移 导越强， 运 而漂移使空导导荷 导 区 薄。 空导导荷 ， 区 也 耗 导 称 尽 。 24 漂移 导 运 P 型半导 体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － N 型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 导散 导 运 导导 内 E 所以（多子）导散和（少子）漂移导一导相反的 导最导 运 达 到平衡，相 于 之导 有导荷 导，空导导荷 的厚 当 两个区 没 运 区 度固定不导。 25 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 空导导 荷区 N 型区 P 型区 V V B 26 1. 空导导荷 中 有导流子。 区 没 2. 空导导荷 中 导导阻碍多子 导： 区 内 运 P 中的 空穴 . N 区 中的导子（都是多子）向导 方 导（ 运 导散 导 运）。 3. P 中的导子和 区 N 中的空穴（ 区 都是 少），少子 量有限，因此由 导形成 数 它 的导流 小。 很 4. （多子 ) 导散 （ 与 少子）漂移的 到导导平衡 达 。 27 4. （多子 ) 导散 （少子）漂移的 到导导平衡 与 达 ： 导散 导使空导导荷 增大， 着 导导的增强，导散导流 运 区 随 内 逐导 小；漂移 导逐导增加； 减 运 空导导荷 的导度导导 微米 区 几 ~ 十微米； 几 导散导流 漂移导流相等导， 当 与 PN 导导的导流等于零， 空导导荷 的导度 到导定。 区 达 即导散 导 漂移 导导 到导 运 与 运 达 导平衡。 导导壁导 U D ，硅材料导导 (0.6 ~ 0.8) V, 导材料导导 (0.2 ~ 0.3) V 。 思考： PN 导有什导性导？ 28 --------------PN --------------PN 导的导向导导性 导的导向导导性 PN 导加上正向导导、正向偏置的意思都是： P 加正、 区 N 加导导导。 区 P N + - PN 导加上反向导导、反向偏置的意思都是： P 加导、 区 N 加正导导。 区 P N + - 29 1. PN PN 导 导正偏（外加正向 导导： P 加正； N 加导） 外导导方向 导导方向 内 空导导荷区 V R 保导 I E 外 多子推向 将 PN 导→复 合→ PN 导导窄，利于导散， 导散＞ 漂移，导路中有导大 的正向导流 I 。 P N 在 PN 导加上一 小 个很 的正向导导， 可得到导大 即 的正向导流，导防止导流导 大，可接入保导导阻 R 30 反向接法导，外导导 导导的方向一致，增强了 导 与内 内
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