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原创 晶体管的一些整理【转载】

2008-12-4 21:08 2509 1 1 分类: 模拟

本征半导体定义:纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。


电流形成过程:自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。


绝缘体原子结构:最外层电子受原子核束缚力很强,很难成为自由电子。


绝缘体导电性:极差。如惰性气体和橡胶。


半导体原子结构:半导体材料为四价元素,它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚,也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。


半导体导电性能:介于半导体与绝缘体之间。



半导体的特点:



在形成晶体结构的半导体中,人为地掺入特定的杂质元素,导电性能具有可控性。


在光照和热辐射条件下,其导电性有明显的变化。



晶格:晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。


共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子(即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动,而且出现在相邻原子所属的轨道上,成为共用电子,构成共价键。


自由电子的形成:在常温下,少数的价电子由于热运动获得足够的能量,挣脱共价键的束缚变成为自由电子。


空穴:价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴


电子电流:在外加电场的作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电流。


空穴电流:价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动),形成空穴电流。


本征半导体的电流:电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同,它们运动方向相反。


载流子:运载电荷的粒子称为载流子。


导体电的特点:导体导电只有一种载流子,即自由电子导电。


本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。


本征激发:半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。


复合:自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴,使两者同时消失,这种现象称为复合。


动态平衡:在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。


载流子的浓度与温度的关系:温度一定,本征半导体中载流子的浓度是一定的,并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时,热运动加剧,挣脱共价键束缚的自由电子增多,空穴也随之增多(即载流子的浓度升高),导电性能增强;当温度降低,则载流子的浓度降低,导电性能变差。


结论:本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性,可制作热敏和光敏器件,又造成半导体器件温度稳定性差的原因。



杂质半导体:通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素,可得到杂质半导体。


N型半导体:在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半导体。


多数载流子N型半导体中,自由电子的浓度大于空穴的浓度,称为多数载流子,简称多子。


少数载流子N型半导体中,空穴为少数载流子,简称少子。


施子原子:杂质原子可以提供电子,称施子原子。


N型半导体的导电特性:它是靠自由电子导电,掺入的杂质越多,多子(自由电子)的浓度就越高,导电性能也就越强。


P型半导体:在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼),使之取代晶格中硅原子的位置,形成P型半导体。


多子P型半导体中,多子为空穴。


少子P型半导体中,少子为电子。


受主原子:杂质原子中的空位吸收电子,称受主原子。


P型半导体的导电特性:掺入的杂质越多,多子(空穴)的浓度就越高,导电性能也就越强。


结论:


多子的浓度决定于杂质浓度。


少子的浓度决定于温度。



PN结的形成:将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成PN结。


PN结的特点:具有单向导电性。


扩散运动:物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动,这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。


空间电荷区:扩散到P区的自由电子与空穴复合,而扩散到N区的空穴与自由电子复合,所以在交界面附近多子的浓度下降,P区出现负离子区,N区出现正离子区,它们是不能移动,称为空间电荷区。


电场形成:空间电荷区形成内电场。


空间电荷加宽,内电场增强,其方向由N区指向P区,阻止扩散运动的进行。


漂移运动:在电场力作用下,载流子的运动称漂移运动。


PN结的形成过程:如图所示,将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在无外电场和其它激发作用下,参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目,从而达到动态平衡,形成PN结。




115.gif



电位差:空间电荷区具有一定的宽度,形成电位差Uho,电流为零。


耗尽层:绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少,在分析PN结时常忽略载流子的作用,而只考虑离子区的电荷,称耗尽层。



PN结的单向导电性



P端接电源的正极,N端接电源的负极称之为PN结正偏。此时PN结如同一个开关合上,呈现很小的电阻,称之为导通状态。


P端接电源的负极,N端接电源的正极称之为PN结反偏,此时PN结处于截止状态,如同开关打开。结电阻很大,当反向电压加大到一定程度,PN结会发生击穿而损坏。


 




伏安特性曲线:加在PN结两端的电压和流过二极管的电流之间的关系曲线称为伏安特性曲线。如图所示:


正向特性u>0的部分称为正向特性。


反向特性u<0的部分称为反向特性。





1110.gif


反向击穿:当反向电压超过一定数值UBR后,反向电流急剧增加,称之反向击穿。


势垒电容:耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容Cb


变容二极管:当PN结加反向电压时,Cb明显随u的变化而变化,而制成各种变容二极管。如下图所示。


 




1111.gif



平衡少子PN结处于平衡状态时的少子称为平衡少子。


非平衡少子PN结处于正向偏置时,从P区扩散到N区的空穴和从N区扩散到P区的自由电子均称为非平衡少子。


扩散电容:扩散区内电荷的积累和释放过程与电容器充、放电过程相同,这种电容效应称为Cd


结电容:势垒电容与扩散电容之和为PN结的结电容Cj

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