新澳门新葡萄娱乐第一章半导体元件

　　新澳门新葡萄娱乐第一章半导体元件第一章半导体器件第一章1.1半导体基础知识1.2PN1.3半导体三极管第一章半导体器件物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。物质的导电特性取决于原子结构。导体一般为低价元素,其最外层电子受原子核的束缚力很小,因而极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。而半导体材料最外层电子既不像导体那样极易摆脱原子核的束缚,成为自由电子,也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧,因此,导体的导电特性介于二者之间。1.1半导体基础知识第一章半导体器件纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。常用的半导它们都是四价元素,在原子结构中最外层轨道上有四个价电子。1.1.1本征半导体第一章半导体器件硅和锗简化原子结构模型本征半导体共价键晶体结构示意图把硅或锗材料拉制成单晶体时,相邻两个原子的一对最外层电子(价电子)成为共有电子,一方面围绕自身的原子核运另一方面又出现在相邻原子所属的轨道上。两个相邻的原子共有一对价电子,组成共价键结构如下图1-2所示第一章半导体器件本征半导体中的自由电子和空穴共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量,其中少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子,同时必然在共价键中留下空位,称为空穴。空穴带正电,如图1-３所示。第一章半导体器件由此可见,半导体中存在着两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。本征半导体中,自由电子与空穴是同时成对产生的,因此,它们的浓度是相等的。我们用n和p分别表示电子和空穴的浓度,下标i表示为本征半导体。价电子在热运动中获得能量产生了电子-空穴对。同时自由电子在运动过程中失去能量,与空穴相遇,使电子、空穴对消失,这种现象称为复合。在一定温度下,载流子的产生过程和复合过程是相对平衡,其浓度是一定的。第一章半导体器件在本征半导体中,掺入微量５价元素,则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。由于杂质原子的最外层有５个价电子,因此它与周围４个硅(锗)原子组成共价键时,还多余个价电子。它不受共价键的束缚,而只受自身原子核的束缚,因此,它只要得到较少的能量就能成为自由电子,并留下带正电的杂质离子,它不能参与导电,如图１-４所示。显然,这种杂质半导体中电子浓度远远大于空穴的浓度,(下标ｎ表示是Ｎ型半导体),主要靠电子导电,所以称为Ｎ型半导体新澳门新葡萄娱乐。由于５价杂质原子可提供自由电子,故称为施主杂质。Ｎ型半导体中,自由电子称为多数载流子；空穴称为少数载流子。1.1.2杂质半导体第一章半导体器件在一定温度下,电子浓度与空穴浓度的乘积是一个常数,与掺杂浓度无关。电子施主原子第一章半导体器件P型半导体在本征半导体中,掺入微量３价元素,原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。第一章半导体器件1.２ＰＮ1.2.1异型半导体接触现象界面两侧，电子由N区向P区扩散；空穴由Ｐ区向Ｎ区扩散在ＰＮ区的交界处形成一个缺少载流子的高阻区，称为耗尽层．即Ｐ第一章半导体器件1.2.2ＰＮ结的单向导电特性ＰＮ结外加正向电压若将电源的正极接Ｐ区,负极接Ｎ区,则称此为正向接法或正向偏置新澳门新葡萄娱乐。此时外加电压在阻挡层内形成的电场与自建场方向相反,削弱了自建场,使阻挡层变窄,画（１）所示．此时,ＰＮ结处于导通状态,它所呈现出的电阻为正向电阻,其阻值很小。第一章半导体器件若将电源的正极接Ｎ区,负极接Ｐ区,则称此为反向接法或反向偏置。此时外加电压在阻挡层内形成的电场与自建场方向相同,增强了自建场,使阻挡层变宽.如动画(2)所示第一章半导体器件此时,ＰＮ结处于截止状态,呈现的电阻称为反向电其阻值很大,高达几百千欧以上。综上所述：ＰＮ结加正向电压,处于导通状态；加反向电压,处于截止状态,即ＰＮ结具有单向导电特性。将上述电流与电压的关系写成如下通式：(1-1)此方程称为伏安特性方程,如图１８所示,该曲线称为伏安特性曲线。第一章半导体器件第一章半导体器件PN结处于反向偏置时,在一定电压范围内,流过ＰＮ结的电流是很小的反向饱和电流新澳门新葡萄娱乐。但是当反向电压超过某一数值(Ｕ反向电流急剧增加,这种现象称为反向击穿,如图１1.2.3ＰＮ结的击穿第一章半导体器件当反向电压足够高时,阻挡层内电场很强,少数载流子在结区内受强烈电场的加速作用,获得很大的能量,在运动中与原子发生碰撞时,有可能将价电子“打”出共价键,形成新的电子、空穴对。这些新的载流子与原先的载流子一道,在强电场作用下碰撞原子打出更多的电子、空穴对,此链锁反应,使反向电流迅速增大。这种击穿称为雪崩击穿。所谓“齐纳”击穿,是指当ＰＮ结两边掺入高浓度的杂其阻挡层宽度很小,即使外加反向电压不太高(一般为V/cm),将共价键的价电子直接拉出来,产生电子-空穴对,使反向电流急剧增加,出现击穿现象。第一章半导体器件半导体二极管是由ＰＮ结加上引线和管壳构成的。二极管的类型很多,按制造二极管的材料分,有硅二极管和锗二极管。从管子的结构来分,有以下几种类型：硅平面型二极管。1.2.４半导体二极管第一章半导体器件阴极引线阳极引线二氧化硅保护层平面型金属触丝阳极引线阴极引线外壳点接触型铝合金小球阳极引线PN金锑合金底座阴极引线半导体二极管的结构和符号第一章半导体器件反向特性：二极管加反向电压,反向电流数值很小,且基本不变,向饱和电流。硅管反向饱和电流为纳安(ｎΑ)数量级,锗管的为微安数量级。当反向电压加到一定值时,反向电流急剧增加,产生击穿。普通二极管反向击穿电压一般在几十伏以上(高反压管可达几千伏)。正向特性：正向电压低于某一数值时,正向电流很小,只有当正向电压高于某一值后,才有明显的正向电流。该电压称为导通电压,又称为门限电压或死区电压,约为０.１～０.３V。通常认为,当正向电压Ｕ＜Ｕ二极管截止；Ｕ＞Ｕ第一章半导体器件二极管的温度特性：二极管的特性对温度很敏感,温度升高,正向特性曲线向左移,反向特性曲线向下移。其规律是：在室温附近,在同一电流下,温度每升高１,正向压降减小