目錄

一、常用半導(dǎo)體器件

1、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

本征半導(dǎo)體

雜志半導(dǎo)體

PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)的電容效應(yīng)

PN結(jié)的電致發(fā)光

PN結(jié)的光電效應(yīng)

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一、常用半導(dǎo)體器件

1、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

本征半導(dǎo)體

概念

半導(dǎo)體：導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。

導(dǎo)體——鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場(chǎng)作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。

絕緣體——惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度時(shí)才可能導(dǎo)電。

半導(dǎo)體——硅（Si）、鍺（Ge），均為四價(jià)元素，它們?cè)拥淖钔鈱与娮邮茉雍说氖`力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。

半導(dǎo)體特性

Ⅰ、摻雜特性：摻入雜質(zhì)則導(dǎo)電率增加幾百倍——半導(dǎo)體元件

Ⅱ、溫度特性：溫度增加則導(dǎo)電率大為增加——熱敏元件

Ⅲ、光照特性：光照不僅使導(dǎo)電率大為增加還可以產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)——光敏元件?

本征半導(dǎo)體：是純凈（無雜質(zhì)）的晶體結(jié)構(gòu)（穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)）的半導(dǎo)體。

本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)

由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子。自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，稱為空穴。自由電子和空穴同時(shí)產(chǎn)生。

自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為復(fù)合。

一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定（動(dòng)態(tài)平衡）；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與空穴對(duì)的濃度加大。?

本征半導(dǎo)體中的兩種載流子

運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。

外加電場(chǎng)時(shí)，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)動(dòng)方向相反。由于載流子數(shù)目很少，故導(dǎo)電性很差。

溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，載流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。

熱力學(xué)溫度0K時(shí)不導(dǎo)電。

為什么要將半導(dǎo)體（不可控）變成導(dǎo)電性很差的本征半導(dǎo)體（可控）？先將半導(dǎo)體變成可控的本征半導(dǎo)體作為基本材料，然后再改善本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，即變成雜質(zhì)半導(dǎo)體。

雜志半導(dǎo)體

N型半導(dǎo)體

空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目少。通常摻入磷，多子為自由電子，少子為空穴。

雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。?

N型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體

自由電子比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目少。通常摻入硼，多子為空穴，少子為自由電子。

P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)。?

P型半導(dǎo)體

在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，載流子的數(shù)目發(fā)生變化。少子與多子變化的數(shù)目相同。但少子與多子濃度的變化不同。因此，當(dāng)溫度變化時(shí)，少子的相對(duì)變化非常大，少數(shù)載流子是影響半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。

結(jié)論：?在雜質(zhì)型半導(dǎo)體中，多子濃度比本征半導(dǎo)體的濃度大得多，而少子濃度比本征半導(dǎo)體的濃度小得多，但兩者乘積保持不變。

PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?/h3>

擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。

P區(qū)空穴的濃度遠(yuǎn)高于N區(qū)，而N區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高于P區(qū)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)。?

擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

PN結(jié)的形成

由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使P區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。

漂移運(yùn)動(dòng)：因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從N區(qū)向P區(qū)、自由電子從P區(qū)向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。??

漂移運(yùn)動(dòng)

參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和參與漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同（如擴(kuò)散過去5個(gè)空穴，漂移過來5個(gè)空穴），達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。?

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/span>

PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，由于外電源的作用，形成擴(kuò)散電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。

PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通

PN結(jié)加反向電壓截止：耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。?

PN結(jié)加反向電壓截止

少數(shù)載流子在溫度變化時(shí)其變化的百分比比較大，環(huán)境溫度升高，反向電流增大，且增大速度較快。這是其溫度穩(wěn)定性差的原因。

PN結(jié)的電容效應(yīng)

Ⅰ、勢(shì)壘電容

PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容。?

Ⅱ、擴(kuò)散電容

PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路徑上載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容。

結(jié)電容：

結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度（此時(shí)PN結(jié)相當(dāng)于短路），則失去單向?qū)щ娦?#xff01;?所以半導(dǎo)體器件有最高工作頻率。

PN結(jié)的電致發(fā)光

如果在PN結(jié)外加正偏電壓，外電場(chǎng)將消弱內(nèi)電場(chǎng)對(duì)載流子擴(kuò)散的阻擋作用。在外加電場(chǎng)滿足一定條件下，注入到耗盡層內(nèi)的自由電子和空穴通過輻射復(fù)合而產(chǎn)生光子的速率將大于材料對(duì)光子的吸收速率，從而在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生光增益。

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PN結(jié)的光電效應(yīng)

PN結(jié)用導(dǎo)線連接成回路時(shí)，載流子面臨PN結(jié)勢(shì)壘的阻擋，在回路中不產(chǎn)生電流。當(dāng)有光照射PN結(jié)材料上時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體的禁帶寬度，則在PN結(jié)的耗盡區(qū)、P區(qū)、N區(qū)內(nèi)產(chǎn)生光生的電子-空穴對(duì)，?耗盡區(qū)內(nèi)的載流子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下電子迅速移向N區(qū)，空穴移向P區(qū)，在回路內(nèi)形成光電流，而P、N區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光子無內(nèi)電場(chǎng)的作用只進(jìn)行自由的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，多數(shù)因復(fù)合而消失，對(duì)光電流基本沒有貢獻(xiàn)。

為了充分利用在PN結(jié)各區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光生載流子，PN結(jié)需加適當(dāng)?shù)姆聪蚱珘骸?/p>

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的模拟电子技术基础笔记（2）——半导体基础知识的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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