1.半导体基本知识
按导电能力不同,物体可分为导体、半导体和绝缘体。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。
半导体材料有硅、锗、硒以及部分金属氧化物和硫化物。
在不同条件下半导体材料的导电能力有很大差别。
环境温度————>热敏电阻
光照————>光敏电阻
掺入微量的某种杂质,导电能力大幅提高。
2.本征半导体
本征半导体是完全纯净的、结构完整的半导体。
相邻原子最外层电子形成共价键,价电子为两个原子共有,幸成有序的晶体结构。
当温度为0K时,半导体中无自由电子;当温度大于0K或受到光照时,有些价电子挣脱共价键的束缚,成为自由电子。这种现象称为本征激发(也称为热激发)。本征激发产生电子——空穴对。
自由电子在运动过程中,如果与空穴相遇就会填补空穴,称为复合。在一定温度下,本征激发和复合运动达到动态平衡。
3.杂质半导体
N型半导体
在本征半导体中,掺入五价元素,如磷P、锑Sb、砷As;
自由电子是多数载流子,空穴是少数载流子,也称电子型半导体。
杂质半导体称为施主原子。
P型半导体
在本征半导体中,掺入三价元素,如硼B、镓Ga、铟In;
空穴是多数载流子,自由电子是少数载流子,也成为空穴型半导体。
杂质原子称为受主原子。
PN结的形成
通过掺杂工艺将P型半导体和N型半导体制作在同一块硅片上。
多子扩散:由浓度差引起多子的扩散运动。自由电子和空穴复合,形成空间电荷区,也叫耗尽层;
少子漂移:少子在空间电荷区内电场作用下的运动;
动态平衡:多子扩散和少子漂移达到动态平衡。
PN结的单向导电性
1.PN结外加正向电压(正向偏置)
外电场与内电场方向相反,空间电荷区变窄。
内电场阻碍扩散运动。
外电场促进扩散运动。
2.PN结外加反向电压(反向偏置)
外电场与内电场的方向相同,空间电荷区变宽。
阻止多子的扩散运动,扩散电流显著减小;少子漂移运动增强,漂移电流(反向电流)非常小。PN结反向截止呈高阻性。
温度一定时,反向电流近似为一定值,称为反向饱和电流。
PN结的电容效应
当PN结的偏置电压发生变化时,空间电荷区内的电荷量及其两侧载流子的数目均发生变化,与电容器的充放电过程相同,称为PN结的电容效应。
1.势垒电容
PN结外加反向偏置时,空间电荷区的宽度随反向偏置电压变化所等效的电容称为势垒电容。
2.扩散电容
PN结正向偏置时,非平衡少子的浓度随正向偏置电压变化所等效的电容称扩散电容。
PN结的结电容为势垒电容和扩散电容之和。
结电容一般较小,通常为几皮法至几百皮法。
当信号频率较低时,结电容的容抗很大,其作用可以忽略不计;当信号频率较高时,需要考虑结电容的影响。