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1、低频电路 第1页,共18页,编辑于2022年,星期四1.1 半导体基础半导体定义特点:导电能力可控(受控于光、热、杂质等)典型半导体材料:硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等1.1.1 本征半导体1.1.2 杂质半导体第2页,共18页,编辑于2022年,星期四1.1.1 本征(intrinsic)半导体 纯净无掺杂的半导体。纯净无掺杂的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%,常称为“九个9”。(1)共价键结构(2)电子空穴对(3)空穴的移动第3页,共18页,编辑于2022年,星期四(1)共价键结构空间排列有序的晶体 以 硅原子硅原子(Si)为例:(a)硅晶体的空间排
2、列 (b)共价键结构平面示意图第4页,共18页,编辑于2022年,星期四 电子空穴对:载流子(Carrier)本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡!图01.02 本征激发和复合的过程(2)电子空穴对 本征激发(热激发)T=0 K时电子(-)空穴(+)复合第5页,共18页,编辑于2022年,星期四(3)空穴的移动(导电)空穴的运动=相邻共价键中的价电子反向依次填补空穴来实现的第6页,共18页,编辑于2022年,星期四1.1.2 杂质半导体本征半导体缺点?1、电子浓度=空穴浓度;2、载流子少,导电性差,温度稳定性差!(1)N型半导体(2)P型半导体(3)杂质对半导体导电性的影响第7页,共18页
3、,编辑于2022年,星期四(1)N型半导体(电子型半导体)掺掺 杂杂:特特 点点:多多数载流子子:自由电子(主要由杂质原子提供)少少数载流子子:空穴(由热激发形成)施主杂质正离子少量掺入五价杂质元素(如:磷)第8页,共18页,编辑于2022年,星期四(2)P型半导体(空穴型半导体)掺掺 杂杂:少量掺入三价杂质(如硼、镓和铟等)特特 点点:多子多子:空穴(主要由杂质原子提供)少子少子:电子(由热激发形成)受主杂质负离子第9页,共18页,编辑于2022年,星期四(3)杂质对半导体 导电性的影响 影响很大。载流子数目剧增 T=300 K室温下,本征硅的 电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm3
4、1 本征硅的原子浓度:4.961022/cm3 3以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后 N 型半导体中的 自由电子浓度:n=51016/cm3第二节典型数据如下:第10页,共18页,编辑于2022年,星期四1.2 PN结结1.2.1 形成1.2.2 实质1.2.4 电容效应1.2.3 单向导电性第11页,共18页,编辑于2022年,星期四图01.06 PN结的形成过程(动画1-3)1.2.1 形成两种载流子的两种运动动态平衡时形成PN结两种运动:扩散(浓度差)漂移(电场力)第12页,共18页,编辑于2022年,星期四PN结的形成小结:浓度差 多子扩散空间电荷区(杂质离子杂质离子)
5、内电场 促使少子漂移 阻 止 多 子 扩 散1.2.2 实质PN结=空间电荷区=耗尽层=内电场=电阻1.2.3 单向导电性单向导电性 单向导电性单向导电性:PN结正偏时导通(大电流),PN结反偏时截止(小电流)。偏置偏置(bias)(bias)第14页,共18页,编辑于2022年,星期四(1)PN结正偏(UPUN)时外加的正向电压削弱了内电场。导通导通PN结呈现低阻性第15页,共18页,编辑于2022年,星期四(2)PN结反偏(UPUN)时反向饱和电流(IS=IR)(Saturation)外加的反向电压增强了内电场截止截止PN结呈现高阻性第16页,共18页,编辑于2022年,星期四(1)势垒电容CB(Barrier)势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成1.2.4 电容效应 表现为:势垒电容CB(barrier)扩散电容CD(diffusion)第17页,共18页,编辑于2022年,星期四 图 01.10 扩散电容示意图第三节 扩散电容是由多子扩散后,在PN结的另一侧面积累而形成的(2)扩散电容CD(Diffusion)第18页,共18页,编辑于2022年,星期四