2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体的电导率

半导体的电导率 电导率： 半导体的电导率 电阻： 电压： V = E l 电流： I = S Jt + - V 长度l 截面积S 电场E I 两种导电机理——漂移和扩散 载流子在电场作用下的运动运动称漂移运动，所形成的电流称漂移电流。 漂移电流密度 总漂移电流密度： 迁移率 漂移与漂移电流 载流子在浓度差作用下的运动称扩散运动，所形成的电流称扩散电流。 扩散电流密度: 扩散与扩散电流 N 型 硅 光照 n(x) p(x) 载流子浓度 x no po 1.2 PN结 利用掺杂工艺，把P型半导体和N型半导体在原子级上紧密结合，P区与N区的交界面就形成了PN结。 掺杂 N型 P型 PN结 1.2.1 动态平衡下的PN结 阻止多子扩散 出现内建电场 开始因浓度差 产生空间电荷区 引起多子扩散 利于少子漂移 最终达动态平衡 注意： PN结处于动态平衡时，扩散电流与漂移电流相抵消，通过PN结的电流为零。 PN结形成的物理过程 6 加动画 注意：掺杂浓度（Na、Nd）越大，内建电位差 VB 越大，阻挡层宽度 l0 越小。 内建电位差： 阻挡层宽度： 室温时 锗管 VB  0.2 ~ 0.3V 硅管 VB  0.5 ~ 0.7V 7 加动画 1.2.2 PN结的伏安特性 PN结——单向导电特性 P+ N 内建电场E lo + - V PN结正偏 阻挡层变薄 内建电场减弱 多子扩散>>少子漂移 多子扩散形成较大的正向电流I PN结导通 I 电压V  电流I  8 加动画 PN结——单向导电特性 P+ N 内建电场E lo - + V PN结反偏 阻挡层变宽 内建电场增强 少子漂移>>多子扩散 少子漂移形成微小的反向电流IR PN结截止 IR IR与V 近似无关。 温度T  电流IR 结论：PN结具有单方向导电特性。 9 加动画 PN结——伏安特性方程式 PN结正、反向特性，可用理想的指数函数来描述： 热电压  26mV（室温） 其中： IS为反向饱和电流，其值与外加电压近似无关，但受温度影响很大。 正偏时： 反偏时： 10 加动画 PN结——伏安特性曲线 ID(mA) V(V) VD(on) -IS Si Ge VD(on)= 0.7V IS=(10-9~10-16)A 硅PN结 VD(on)= 0.25V 锗PN结 IS=(10-6~10-8)A V >VD(on)时 随着V  正向R很小 I  PN结导通； V < VD(on)时 IR很小(IR -IS) 反向R很大 PN结截止。 温度每升高10℃，IS约增加一倍。 温度每升高1℃， VD(on)约减小2.5mV。 11 加动画 |V反|=V(BR)时，  IR急剧 ，  PN结反向击穿。 1.2.3 PN结的击穿特性 雪崩击穿 齐纳击穿 PN结掺杂浓度较低 (lo较宽) 发生条件 外加反向电压较大(>6V) 形成原因: 碰撞电离。 V(BR) ID(mA) V(V) 形成原因: 场致激发。 发生条件 PN结掺杂浓度较高 (lo较窄) 外加反向电压较小(<6V) 12 加动画 $