2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体器件

半导体器件 半导体器件 　半导体基础知识 　半导体二极管 　晶体(双极型)三极管(BJT) 场效应管 　本征半导体中的 　　　　 自由电子和空穴 自由电子 空穴 若 T  ，由于本征激发，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴 T  自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力：很微弱 空穴可看成带正电的载流子 1. 半导体中两种载流子 带负电的自由电子 带正电的空穴 　　2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为 电子 - 空穴对。 　　3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。 　　4. 自由电子和空穴不断产生、不断复合。在一定T下,产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了 　　5. 载流子的浓度与T密切相关，它随着T的升高，按指数规律增加。 本征半导体的特性概括： 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。 杂质 杂质半导体 杂质半导体： N 型半导体 P 型半导体 一、 N 型半导体 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。 5 价杂质原子称为施主原子； 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p ：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)。 二、 P 型半导体 　　在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。 +3 空穴浓度大于电子浓度，即 p >> n。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。 　　3 价杂质原子称为受主原子。 受主原子 空穴 　P 型半导体的晶体结构 说明： 　　1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。 3. 杂质半导体总体上保持电中性。 4. 杂质半导体的简化表示方法： 　　2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。 (a)N 型半导体 (b) P 型半导体 　杂质半导体的的简化表示法 1、一定温度下，本征半导体因 而产生自由电子和空穴对，故有一定导电能力。 2、本征半导体的导电能力主要 由决定；杂质半导体的导电能力主要由 决定。 3、P型半导体 中是多子， 是少子。N型半导体中 是多子， 是少子。 4、半导体的导电能力与温度、光强等有关 杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是 。近似认为多子与杂质浓度相等。 继续 PN 结中载流子的运动 耗尽层 空间电荷区 P N 1. 扩散运动 　　2. 扩散运动形成空间电荷区 电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。 PN 结，耗尽层 P N 3. 空间电荷区产生内电场 P N 空间电荷区 内电场 UD 空间电荷区正负离子之间电位差 UD —— 电位壁垒； —— 内电场；内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层。 　　4. 漂移运动 内电场有利于少子运动—漂移。 少子的运动与多子运动方向相反 阻挡层 $