半导体的主要特征.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,上页,下页,返回,模拟电子技术基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,华成英,hchya,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一课 电阻元件 电感元件 电容元件,1.1 半导体的主要特征,1,1.1.1 本征半导体,导体：,自然界中很容易导电的物质称为,导体,，金属一般都是导体。,绝缘体：,有的物质几乎不导电，称为,绝缘体,，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半导体：,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。,一、,导体、半导体和绝缘体,2,2,+14,2,8,4,Si,硅原子结构示意图,+32,2,8,18,Ge,锗原子结构示意图,4,原子结构示意图,+4,硅、锗原子的简化模型,平面结构,立体结构,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,1.,本征半导体,本征半导体就是,完全纯净的,半导体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,共价键,价电子,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,本征半导体受热或光照,本征激发产生电子和空穴,自由电子,空穴,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,电子空穴成对产生,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,电子空穴复合，成对消失,动画10,本征激发使,空穴,和,自由电子,成对产生。,相遇,复合,时，又,成对,消失。,小结,空穴浓度（,n,p,)=电子浓度(,n,n,),温度,T,一定时,n,p,n,n,=,K,(,T,),K,(,T,)与温度有关的常数,在外电场作用下,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,电子运动形成电子电流,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,价电子填补空穴而使空穴移动，形成,空穴电流,动画19,(1)在半导体中有两种,载流子,这就是,半导体和金属导电,原理的 本质区别,a.电阻率大2)本征半导体的特点,b.导电性能随温度变化大,小结,带正电的,空穴,带负电的,自由电子,本征半导体不能在半导体器件中直接使用,1.1.2N型半导体和P型半导体,在,本征半导体,硅或锗中,掺入微量,的其它适当,元素,后所形成的半导体,根据掺杂的不同，杂质半导体分为,N,型导,体,P,型导,体,(1)N,型半导体,掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,掺入少量五价杂质元素磷,P,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,P,多出一个电子,出现了一个正离子,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,P,+,+,+,+,半导体中产生了大量的自由电子和正离子,动画26,c.,电子是多数载流子，简称多子;,空穴,是少数载流,子，简称少子。,e.,因,电子,带负电，称这种半导体为,N,(negative),型或,电子,型半导体。,f.,因掺入的杂质给出电子，又称之为施主杂质。,b.N型半导体中,产生了大量的(自由）电子和正离子,。,小结,d.,n,p,n,n,=,K,(,T,),a.N型半导体是在本征半导体中,掺入少量五价杂质,元素形成的。,(2),P,型半导体,在本征半导体中掺入,三价杂质元素,，,如硼等。,B,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,B,出现了一个空位,+4,+4,+4,+4,+4,+4,B,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,B,+4,+4,负离子,空穴,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,半导体中产生了大量的空穴和负离子,动画33,c.,空穴,是多数载流子,电子是少数载流子。,e.,因,空穴,带正电，称这种半导体为,P,(positive),型或,空穴,型半导体。,f.因掺入的杂质接受电子，故称之为受主杂质。,a.,P型半导体是在本征半导体中,掺入少量的三价,杂质元素形成的。,b.,P型半导体,产生大量的空穴和负离子,。,小结,d.,n,p,n,n,=,K,(,T,),当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可将,N,型转为,P,型；,杂质半导体的转型,当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可将,P,型转为,N,型。,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.杂质半导体的表示方法如下图所示。,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,图 杂质半导体的的简化表示法,37,37,在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，,称为 PN 结,。,P,N,PN结,图 PN 结的形成,一、PN 结的形成,1.1.3PN结及其单向导电性,38,38,物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。,扩散运动,P区空穴浓度远高于N区。,N区自由电子浓度远高于P区。,扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。,39,PN,结的形成,因电场作用所产生的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。,漂移运动,由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。,40,PN,结加正向电压导通：,耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。,PN,结加反向电压截止：,耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。,PN,结的单向导电性,必要吗？,41,扩散与漂移的动态平衡,扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；,随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；,当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。,对称结,即,扩散运动与漂移运动达到动态平衡。,P,N,不对称结,42,42,耗尽层,图 1.1.7PN 结加反相电压时截止,反向电流又称,反向饱和电流,。,对温度十分敏感,，,随着温度升高，,I,S,将急剧增大,。,P,N,外电场方向,内电场方向,V,R,I,S,43,43,当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN 结处于,导通状态,；,当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN 结处于,截止状态,。,）,综上所述：,可见，PN 结具有,单向导电性,。,44,44,1.1.4,具有特殊性能的半导体器件,敏感电阻是指那些电阻特性对,外界温度、电压、机械力、亮度、湿度、磁通密度、气体浓度,等物理量反映敏感的电阻元件。,它们常用于,检测,和,控制,相应物理量的装置中，是自动检测和自动控制中不可缺少的组成部分。,按输入、输出关系，敏感电阻器可分为“缓变型”和“突变型”两种。,45,A.,热敏电阻,热敏电阻通常由单晶或多晶等半导体材料构成，,是以钛酸钡为主要原料，辅以微量的锶、钛、铝等化合物加工制成的。,它是一种电阻值随温度变化的电阻，可分为阻值随温度升高而减小的负温度系数热敏电阻（MF）和阻值随温度升高而升高的正温度系数热敏电阻（MZ），有缓变型和突变型。,主要用于温度测量温度控制（,电磁灶控温,），,火灾报警,，气象探空，微波和激光功率测量，在收音机中作温度补偿，在电视机中作消磁限流电阻。,其符号为：,46,B.,光敏电阻（MG）,光敏电阻是将对光敏感的材料涂在玻璃上，引出电极制成的。根据材料不同，可制成对某一光源敏感的光敏电阻。,它是利用半导体光敏效应制成的一种元件。电阻值随入射光线的强弱而变化，光线越强，电阻越小。无光照射时，呈现高阻抗，阻值可达1.5M以上；有光照射时，材料激发出自由电子和空穴，其电阻值减小，随着光强度的增加，阻值可小至1k以下。,如：可见光敏电阻，主要材料是硫化镉，应用于光电控制。红外光敏电阻，主要材料是硫化铅，应用于导弹、卫星监测。其符号为：,47,压敏电阻是以氧化锌为主要材料制成的半导体陶瓷元件，电阻值随加在两端电压的变化按非线性特性变化。当加到两端电压不超过某一特定值时，呈高阻抗，流过压敏电阻的电流很小，相当于开路。当电压超过某一值时，其电阻急骤减小，流过电阻的电流急剧增大。,压敏电阻在电子和电气线路中得到较多的应用，主要用于过压保护和,用来作为稳压元件。,其符号为：,C.,压敏电阻（MY）,V,48,磁敏电阻器是采用砷化铟或锑化铟等材料，根据半导体的磁阻效应制成的，阻值随穿过它的磁通量增大而增大。它是一种对磁场敏感的半导体元件，可以将磁感应信号转变为电信号。,主要用于测磁场强度、磁卡文字识别、磁电编码、交直流变换。,其符号为：,D.,磁敏电阻（MC）,49,