第16讲 复习课.ppt

1、复 习 课,第5章 能带理论基础,常见的杂质半导体N型半导体（N为Negative的字头，由于电子带负电而得此名）：掺入少量杂质磷元素（或锑元素）的硅晶体（或锗晶体）中，由于半导体原子（如硅原子）被杂质原子取代，磷原子外层的五个外层电子的其中四个与周围的半导体原子形成共价键，多出的一个电子几乎不受束缚，较为容易地成为自由电子。于是，N型半导体就成为了含电子浓度较高的半导体，其导电性主要是因为自由电子导电。P型半导体（P为Positive的字头，由于空穴带正电而得此名）：掺入少量杂质硼元素（或铟元素）的硅晶体（或锗晶体）中，由于半导体原子（如硅原子）被杂质原子取代，硼原子外层的三个外层电子与周围

2、的半导体原子形成共价键的时候，会产生一个“空穴”，这个空穴可能吸引束缚电子来“填充”，使得硼原子成为带负电的离子。这样，这类半导体由于含有较高浓度的“空穴”（“相当于”正电荷），成为能够导电的物质。,能带理论的引入,单个原子：由原子核和核外电子组成。 电子的能量是一定的，这种量子态的能量成为能级。（轨道的不同能量状态）,靠近原子核，受原子核约束强，能级低； 远离原子核，受原子核约束弱，能级高；电子从低能级跃迁到高能级，要吸收能量； 电子从高能级跃迁到低能级，要放出能量； 基态：能量最低； 激发态：电子被激发到高能量轨道上。,E1,E2,E3,电子的共有化运动当原子相互接近形成晶体时，不同原子的

3、内外各电子壳层之间就有了一定程度的交叠，相邻原子最外壳层的交叠最多，内壳层交叠较少。原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动，这种运动就称为电子的共有化运动。,共有化运动只能在相似壳层间转移,满带：能量低的能带中充满电子，能带称为满带。 导带：最高能带，全空或半空 ，电子未满，称为导带。 禁带：两个能带间的区域。 价带：导带下的满带，电子可跃迁到导带。,价带,第6章 p-n结,采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用， 将P型半导体与N型半导体制作在同一块 半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们 的交界面就形

4、成空间电荷区称为PN结。（英语：PN junction）。PN结具有单向导电性。PN结加正向电压时，可以有较大的正向扩散电流，即呈现低电阻， 我们称PN结导通； PN结加反向电压时，只有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， 我们称PN结截止。 这就是PN结的单向导电性。,p-n结的基本特性,电流电压特性（整流特性、单向导电性） 电容效应 隧道效应 雪崩效应 开关效应 光伏效应,整 流,整流是一种物理现象，指的是在相同的驱动力推动下正向和逆向的电流幅值大小不同，英文名称为：Rectification。在电力电子方面：将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这种变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整

5、流。整流电路是利用二极管的单向导电性将正负变化的交流电压变为单向脉动电压的电路。在交流电源的作用下，整流二极管周期性地导通和截止，使负载得到脉动直流电。在电源的正半周，二极管导通，使负载上的电流与电压波形形状完全相同；在电源电压的负半周，二极管处于反向截止状态，承受电源负半周电压，负载电压几乎为零。,P-N结的直流特性1、P-N结的正向特性当P-N结加有正向偏压时，即P区接电源正极，N区接负极，外加电压的方向与自建场的方向们相反，使空间电荷区中的电场减弱，这样就打破了扩散运动相漂移运动的相对平衡，使载流子的扩散运动超过漂移运动，扩散运动成为矛盾的主要方面。加正向电压（正偏）电源正极接P区，负极

6、接N区，外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场耗尽层变窄扩散运动漂移运动多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）,P-N结加有正向偏压,2、P-N结的反向特性当P-N结外加反向偏压时，外电场的方向与自建场的方向相同，增强了空间电荷区中的电场，载流于的漂移运动超过了扩散运动，漂移运动成为了矛盾的主要方面。加反向电压（反偏）电源正极接N区，负极接P区，外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场耗尽层变宽漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流（与外电场方向相反）,P-N结加有反向偏压,3、P-N结的伏安特性将P-N的正向特性和反向特性组合起来，就形成了P-N结的伏安特性。（正向导通，反向截

7、止）,P-N结的伏安特性,单向导电性是二极管最重要的特性。利用单向导电性可以判断二极管的好坏，正偏时电阻值小，反偏时电阻值大，否则，二极管是损坏了的。二极管单向导电性失败的场合及原因 1、正向偏压太低。（不足以克服死区电压） 2、正向电流太大。（会使PN结温度过高烧毁） 3、反向偏压太高。（造成反向击穿） 4、工作频率太高。（使结电容容抗下降而反向不截止）,隧道效应施加反向偏压时，势垒区能带发生倾斜；反向偏压越大，势垒越高，势垒区的内建电场也越强，势垒区的能带也越倾斜，甚至可以使得p区的价带顶比n区的导带底还要高。此时p区的价带中的电子将较容易到达n区的导带。这个效应称隧道效应。当反向电压达到

8、一定程度，通过隧道效应产生的反向电流将突然增大，此时称为pn结的隧道击穿。,电子,电容效应 当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。,雪崩击穿当反向偏压很大时，势垒区中的电场很强，在势垒区中的电子和空穴由于受到强电场的作用，具有很大的动能，它们与势垒区中的晶格原子发生碰撞时，可以把价键上的电子碰撞出来，成为导电电子，同时产生一个空穴。上述电子和空穴在强电场的作用下还会继续发生碰撞，产生第二代、第三代载流子。如此继续下去，载流子快速增加，这个过程称为载流子的倍增效应。由于载流子的倍增效应，反向电流迅速增大，pn结被击穿。,光伏效应

9、：光照，能量大于禁带宽度Eg光子被吸收，产生电子空穴对，由于内建电场作用，空穴向P型区移动，电子向N型区移动，形成光生电动势或光生电场。外电路未接通，只形成电动势。外电路接通，产生由P型流向N型的电流和功率。,电子移动,空穴移动,P,N,第7章 金属-半导体接触,金属-半导体接触：指的是有金属和半导体相互接触而形成的结构。现代半导体工艺中，金属-半导体接触是通过在半导体表面真空蒸发一金属表面形成。金属-半导体接触可形成整流特性接触和欧姆接触。 整流特性接触：金属细丝与半导体表面形成整流接触。 欧姆接触：电极连接作用，等效一个小电阻。,1、整流特性接触,与半导体的P-N结的电流电压特性是一样的。

10、 整流特性金属-半导体接触，称为肖特基接触，以此为基础制成的二极管为肖特基二极管（SBD）课本57页有详细讲解。,2、欧姆接触,在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，这就是欧姆定律。满足这种定律的 金属半导体 接触就是欧姆接触。欧姆接触可作为半导体器件电极连接用，这种接触可以等效为一个电阻。,金属-绝缘层-半导体结构（MIS）,金属和半导体中插入绝缘层。是集成电路CMOS核心单元。,课堂练习题,1、什么是半导体？半导体的分类？ 2、简述电子的共有化运动？ 3、简述多晶硅的制备及提纯方法？ 4、什么是光伏效应，举例说明？ 5、为什么PN结具有单向导电性？ 6、学习10周的心得体会（300字左右）？（下课时交）,