半导体基础知识94553.ppt

如图所示，电源的正极接 区 负极接P区 如图所示，电源的正极接N区，负极接 区，这种接法叫 结加反向电压或反向偏置。 做PN结加反向电压或反向偏置。 结加反向电压或反向偏置
② PN结外加反向电压 结外加反向电压
流过PN结的电流主要是少子的漂移决定的， 流过 结的电流主要是少子的漂移决定的，称为 结的电流主要是少子的漂移决定的 PN结的反向电流。 结的反向电流 结的反向电流。 PN结的反向电流很小，而且与反向电压的大小 结的反向电流很小， 结的反向电流很小 基本无关。 结表现为很大的电阻 称之截止。 结表现为很大的电阻， 基本无关。PN结表现为很大的电阻，称之截止。
3. PN结的形成 结的形成
浓度差引起载流子的扩散。 浓度差引起载流子的扩散。
扩散的结果形成自建电场。 扩散的结果形成自建电场。
空间电荷区也称作 “耗尽区” “势垒 耗尽区” 区”
3. PN结的形成 结的形成
自建电场阻止扩散，加强漂移。 自建电场阻止扩散，加强漂移。
动态平衡。 动态平衡。 扩散=漂移 扩散 漂移
晶体共价键结构平面示意图
本征半导体的特性
(1)本征半导体在绝对零度（T=0K相当于 － 本征半导体在绝对零度（ 相当于T=－ 本征半导体在绝对零度 相当于 273℃）时，相当于绝缘体。在室温条件下，本 相当于绝缘体。在室温条件下， ℃ 征半导体便具有一定的导电能力。 征半导体便具有一定的导电能力。 (2)在本征半导体中，激发出一个自由电子，同时 在本征半导体中， 在本征半导体中 激发出一个自由电子， 便产生一个空穴。电子和空穴总是成对地产生， 便产生一个空穴。电子和空穴总是成对地产生， 称为电子空穴对。 称为电子空穴对。 (3)半导体中共价键分裂产生电子空穴对的过程叫 半导体中共价键分裂产生电子空穴对的过程叫 做本征激发（ 做本征激发（Intrinsic Excitation）。 ）。 (4)产生本征激发的条件：加热、光照及射线照射。 产生本征激发的条件： 产生本征激发的条件 加热、光照及射线照射。

有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
另有一类物质的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。
((112--22
半导体的导电机理不同于其它物质，所 以它具有不同于其它物质的特点。比如： 热敏性、光敏性、掺杂性。
当受外界热和光的作用时，它的导 电能力明显变化。
((118--88
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
((119--99
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键 中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱 离共价键成为自由电子，因此本征半导体中 的自由电子很少，所以本征半导体的导电能 力很弱。
(1) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM
(3) 反向电流IR
(4) 最高工作频率 fM
((114--74477
补充参数:
(电信专业)
（5）最大整流电流 IOM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正
向平均电流。
——注意与IF的关系
(6) 正向压降VF
(7) 极间电容CB、 CD
半导体和N型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了PN结。
((112--12211
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －

杂质与掺杂效应
杂质
半导体材料中的杂质对其电学性质具有重要影响，如五价元素磷、砷在硅中的掺杂形成n型半导体，三价元素硼 、铝在硅中的掺杂形成p型半导体。
掺杂效应
通过掺杂可以改变半导体的导电类型、电阻率、迁移率等电学性质，实现对半导体性能的调控。
02 半导体器件原理
PN结与二极管
PN结形成
介绍P型半导体、N型半导体及 PN结的形成过程，阐述PN结的
和工艺性能。
化学分析方法
光谱分析
利用红外光谱、拉曼光谱等手段分析材料的化学键、官能团和化 学组成。
元素分析
采用能谱仪、辉光放电质谱等方法测定材料中元素的种类和含量 ，评估材料的掺杂和合金化程度。
化学腐蚀法
利用化学腐蚀法研究材料的晶界、位错等微观结构，揭示材料的 晶体缺陷和生长机制。
06 半导体器件应用 与发展趋势
熟悉模拟电路（如放大器、滤波器、振荡 器等）的设计原理和方法，以及模拟信号 处理基础知识。
制版技术与工艺流程
制版技术
掌握光刻、刻蚀、薄膜沉积等制 版技术的基本原理和工艺流程， 以及制版材料的选择和性能要求
。
芯片制造工艺流程
熟悉芯片制造工艺流程，包括晶圆 制备、芯片加工、划片与封装等环 节，以及各环节的工艺要求和质量 控制。
01
双极型晶体管结构
介绍双极型晶体管（BJT）的基本结构，包括发射极、基极和集电极等
部分，阐述NPN型和PNP型晶体管的区别。
02
双极型晶体管工作原理
详细讲解BJT的工作原理，包括电流放大系数、基极电流对集电极电流
的控制作用等，介绍放大区和饱和区的特点。
03
双极型晶体管特性与应用
讲解BJT的输入特性、输出特性和电流电压放大倍数等参数，举例说明

Ⅴ族化合物半导体[砷化镓(GaAs)等]。
• 半导体材料 Si： +14 2 8 4
Ge： +32 2 8 18 4
最外层电子（价电子）都是四个 价电子
Si
Ge
惯性核表示：
+4
惯性核：除价电子外的 内层稳定结构
二. 半导体三大基本特性
1.半导体的热敏性(temperature sensitive) 环境温度升高时，半导体的导电能力大幅度增强，制成 的热敏电阻可以用于温度控制。
浓度梯度：
dn(x) 或 dp(x)
dx
dx
小结
导体或半导体的导电作用是通过带电粒子的运动（形成电 流）来实现的，这种电流的载体称为载流子。导体中的载流 子是自由电子，半导体中的载流子则是带负电的电子和带正 电的空穴。
关键词：
• 本征半导体、杂质半导体 • 自由电子、空穴、N型半导体、P型半导体； • 多数载流子、少数载流子、漂移电流与扩散电流。
N型半导体
+4
+45
+4
+4
+4
+4
磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相邻的半导体原子形成共 价键，必定多出一个电子，这个电子 几乎不受束缚，很容易被激发而成为 自由电子（常温下几乎完全电离）， 这样磷原子就成了不能移动的带正电 的离子。这一现象称为“施主电离”。 磷原子称为施主原子。
施主电离：
缘体和半导体。 导 体： 电阻率 < 10-4 Ω·cm，如铁、铝、铜等金属元素等 低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移 动，形成电流。
绝缘体：电阻率 > 109 Ω·cm，如惰性气体、橡胶等，其 原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场 强到相当程度时才可能导电。