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1、1.1 半导体基础知识1.1 半导体基础知识1.1.1 本征半导体1.1 半导体基础知识1.1.1 本征半导体1.1.2 杂质半导体1.1 半导体基础知识1.1.1 本征半导体1.1.2 杂质半导体1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.1 半导体基础知识1.1.1 本征半导体1.1.2 杂质半导体1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.1.4 PN结的电容效应自然界中各种物质根据其导电能力分为:导体、绝缘体、半导体自然界中各种物质根据其导电能力分为:导体、绝缘体、半导体 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。1.1.1 本征半导体1、什么是本征半导体？1.1.1 本征半导体1、什么
2、是本征半导体？本征半导体是纯净的具有晶体结构的半导体。1.1.1 本征半导体1、什么是本征半导体？本征半导体是纯净的具有晶体结构的半导体。无杂质1.1.1 本征半导体1、什么是本征半导体？本征半导体是纯净的具有晶体结构的半导体。无杂质稳定的结构2、本征半导体的结构共价键1.1.1 本征半导体2、本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子共价键1.1.1 本征半导体2、本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴共价键1.1.1 本征半导体2、本征半导体的结构由于热运动，具有足够
3、能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。共价键1.1.1 本征半导体2、本征半导体的结构 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。1.1.1 本征半导体2、本征半导体的结构 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。动态平衡1.1.1 本征半导体3、本征半导体中的两种载流子1.1.1 本征半导体 外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于
4、载流子数目很少，故导电性很差。3、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。1.1.1 本征半导体两种载流子 外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。3、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。1.1.1 本征半导体1.1.2 杂质半导体 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。1.N型半导体1.1.2 杂质半导体 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓
5、度越高，导电性越强，实现导电性可控。多数载流子 1.N型半导体1.1.2 杂质半导体磷（P）杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。多数载流子 1.N型半导体1.1.2 杂质半导体磷（P）杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。多数载流子提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主原子。1.N型半导体2.P型半导体1.1.2 杂质半导体2.P型半导体 P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子
6、与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？1.1.2 杂质半导体2.P型半导体硼（B）多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？1.1.2 杂质半导体2.P型半导体硼（B）多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主原子。在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？1.1.2 杂质半导体由
7、以上分析可知:u本征半导体通过掺杂，可以大大改变半导体内载流子的浓度，并使一种载流子多，而另一种载流子少。由以上分析可知:u本征半导体通过掺杂，可以大大改变半导体内载流子的浓度，并使一种载流子多，而另一种载流子少。u 对于多子，通过控制掺杂浓度可严格控制其浓度，而温度变化对其影响很小；由以上分析可知:u本征半导体通过掺杂，可以大大改变半导体内载流子的浓度，并使一种载流子多，而另一种载流子少。u 对于多子，通过控制掺杂浓度可严格控制其浓度，而温度变化对其影响很小；u对于少子，主要由本征激发决定，因掺杂使其浓度大大减小，但温度变化时，会使少子浓度有明显变化,将影响半导体器件的性能。1.1.3 PN
8、结的形成及其单向导电性 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。P区空穴浓度远高于N区。1.1.3 PN结的形成及其单向导电性P区空穴浓度远高于N区。N区自由电子浓度远高于P区。1.1.3 PN结的形成及其单向导电性扩散运动P区空穴浓度远高于N区。N区自由电子浓度远高于P区。1.1.3 PN结的形成及其单向导电性扩散运动P区空穴浓度远高于N区。N区自由电子浓度远高于P区。扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.PN 结的形成 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，
9、从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。1.1.3 PN结的形成及其单向导电性 因电场作用所产生的运动称为漂移运动。1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.PN 结的形成 因电场作用所产生的运动称为漂移运动。漂移运动1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.PN 结的形成 因电场作用所产生的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。漂移运动1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.PN 结的形成PN载流子浓度差PN1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.PN 结的形成PN载流子浓度差多子的扩散PN1.1.3
10、 PN结的形成及其单向导电性1.PN 结的形成PN载流子浓度差多子的扩散出现空间电荷区PN1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.PN 结的形成PN载流子浓度差多子的扩散出现空间电荷区产生了内电场促使少子漂移阻碍多子的扩散PN1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.PN 结的形成PN载流子浓度差多子的扩散出现空间电荷区产生了内电场促使少子漂移阻碍多子的扩散PN空间电荷区1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.PN 结的形成PN载流子浓度差多子的扩散出现空间电荷区产生了内电场促使少子漂移阻碍多子的扩散 当扩散与漂移达到动态平衡时，在交界面附近就形成了一个空间电荷区（也叫势垒区），即 PN
11、结。PN空间电荷区1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.PN 结的形成2.PN结的单向导电性1.1.3 PN结的形成及其单向导电性uPN结加正向电压导通耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。2.PN结的单向导电性1.1.3 PN结的形成及其单向导电性2.PN结的单向导电性1.1.3 PN结的形成及其单向导电性uPN结加反向电压截止耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。2.PN结的单向导电性1.1.3 PN结的形成及其单向导电性1.1.4 PN 结的电容效应1.势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。1.1.4 PN 结的电容效应2.扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散过程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。1.1.4 PN 结的电容效应2.扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散过程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。结电容：