半导体元器件基础知识培训教材
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第一章半导体器件基础第一节半导体基础知识一、本征半导体1、半导体概念半导体:其导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
本征半导体:完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体。
2、本征半导体的晶体结构在本征半导体中,原子按一定间隔排列成有规律的空间点阵(晶格)。
由于原子间相距很近,价电子不仅受到自身原子核的约束,还要受到相邻原子核的吸引,使得每个价电子为相邻原子共有,从而形成共价键。
3、本征半导体中的两种载流子的产生在热力学温度零度时,共价键的电子受到原子核的吸引,不能自由移动,此时半导体不导电。
随着温度的上升,共价键内电子因热激发而获得能量,其中能量较高的电子挣脱共价键的束缚,成为自由电子。
同时,在原来的共价键中留下一个空位——空穴。
自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力,但很微弱,其中空穴可看成带正电的载流子。
4、本征半导体中载流子的浓度(1)、相关概念:本征激发:本征半导体中成对产生自由电子和空穴的现象。
复合:自由电子填入空穴,并释放出能量的过程。
(2)、载流子浓度的动态平衡:在本征半导体中,由于本征激发不断产生电子、空穴对,使载流子浓度增加。
同时,又由于正负电荷相吸引,自由电子和空穴复合。
在一定温度下,当没有其它能量存在时,电子、空穴对的产生和复合最终达到一种热平衡状态,使本征半导体中载流子的浓度保持一定。
二、杂质半导体1、N型半导体(Negative)在硅(或锗)的晶体中掺入少量的5价杂质元素,如磷、锑、砷等,即构成N 型半导体(或称电子型半导体)。
本征半导体掺入 5价元素后,原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。
杂质原子最外层有 5 个价电子,其中 4 个与硅构成共价键,多余一个电子只受自身原子核吸引,在室温下即可成为自由电子。
自由电子浓度远大于空穴的浓度,所以电子称为多数载流子(简称多子),空穴称为少数载流子(简称少子),5价杂质原子称为施主原子。
第一章半导体器件基础知识制作黎小桃第二节第三节第四节本章概述半导体器件是电子线路的核心器件。
只有掌握半导体器件的结构、性能、工作原理和特点,才能正确分析电子电路工作原理,正确选择和合理使用半导体器件。
本章主要介绍二极管、三极管、场效应管、晶闸管的结构、性能、主要参数以及常用器件的识别与性能测试等。
本章重点: PN 结的特性、晶体三极管、场效应管的工作原理、主要参数和外特性。
本章难点: PN 结的形成、三极管电流放大作用本 章 概 述第一节本 章 概 述第五节第一节 半导体的基本知识一、半导体的概念半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。
常用的半导体材料有硅(Si )、锗(Ge )、硒(Se )和砷化镓(GaAs )等。
二、半导体的特性(1)热敏特性和光敏特性:温度升高或受到光照,半导体材料的导电能力增强。
(2)掺杂特性 :本征半导体中掺入某种微量元素(杂质)后,它的导电能力增强,利用该特性可形成杂质半导体。
第一节 半导体的基本知识第二节第三节第四节本章概述第一节第五节第一节半导体的基本知识图1-1 共价健结构与空穴产生示意图第二节第三节第四节本章概述第一节第五节三、本征半导体纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。
共价键:相邻原子共有价电子所形成的束缚。
半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。
空穴产生:价电子获得能量挣脱原子核吸引和共价键束缚后留下的空位,空穴带正电。
四、N 型和P 型半导体(1)N 型半导体(N-type semiconductor)在四价的本征半导体(硅)中掺入微量五价元素磷,就形成了N 型半导体。
(2)P 型半导体(P-type semiconductor):在四价的本征半导体(硅)中掺入微量三价元素(硼)就形成P 型半导体。
a)N 型半导体 b)P 型半导体第一节半导体的基本知识第二节第三节第四节本章概述第一节第五节五、PN 结1.PN 结的形成第一节 半导体的基本知识第二节第三节第四节本章概述第一节第五节PN 结P 区N 区内电场电子空穴PN 结的形成在一块纯净的半导体晶体上,采用特殊掺杂工艺,在两侧分别掺入三价元素和五价元素。
半导体培训手册上册1.1半导体物理基础1.1.1半导体的性质世界上的物体假如以导电的性能来区分,有的容易导电,有的不容易导电。
容易导电的称为导体,如金、银、铜、铝、铅、锡等各种金属;不容易导电的物体称为绝缘体,常见的有玻璃、橡胶、塑料、石英等等;导电性能介于这两者之间的物体称为半导体,要紧有锗、硅、砷化镓、硫化镉等等。
众所周知,原子是由原子核及其周围的电子构成的,一些电子脱离原子核的束缚,能够自由运动时,称为自由电子。
金属之因此容易导电,是因为在金属体内有大量能够自由运动的电子,在电场的作用下,这些电子有规那么地沿着电场的相反方向流淌,形成了电流。
自由电子的数量越多,或者它们在电场的作用下有规那么流淌的平均速度越高,电流就越大。
电子流淌运载的是电量,我们把这种运载电量的粒子,称为载流子。
在常温下,绝缘体内仅有极少量的自由电子,因此对外不出现导电性。
半导体内有少量的自由电子,在一些特定条件下才能导电。
半导体能够是元素,如硅〔Si〕和锗〔Ge〕,也能够是化合物,如硫化镉〔OCLS〕和砷化镓〔GaAs〕,还能够是合金,如Ga x AL1-x As,其中x为0-1之间的任意数。
许多有机化合物,如蒽也是半导体。
半导体的电阻率较大〔约10-5≤ρ≤107Ω⋅m〕,而金属的电阻率那么专门小〔约10-8~10-6Ω⋅m〕,绝缘体的电阻率那么专门大〔约ρ≥108Ω⋅m〕。
半导体的电阻率对温度的反应灵敏,例如锗的温度从200C升高到300C,电阻率就要降低一半左右。
金属的电阻率随温度的变化那么较小,例如铜的温度每升高1000C,ρ增加40%左右。
电阻率受杂质的阻碍显著。
金属中含有少量杂质时,看不出电阻率有多大的变化,但在半导体里掺入微量的杂质时,却能够引起电阻率专门大的变化,例如在纯硅中掺入百万分之一的硼,硅的电阻率就从2.14⨯103Ω⋅m减小到0.004Ω⋅m左右。
金属的电阻率不受光照阻碍,然而半导体的电阻率在适当的光线照耀下能够发生显著的变化。