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1.1.1 本征半导体
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概念:导电能力导体绝缘体之间
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本征半导体:具有晶体结构的半导体(单晶)
- 本征半导体的晶体结构:外层四个电子,共价键
- 价电子导不了电,导电靠载流子,粒子热运动,逃离共价键,留下空穴**(本征激发)自由电子导电**
- 价电子依次填补空穴,空穴相对移动,也是载流子
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两个载流子:自由电子和空穴,运动方向相反
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复合:自由电子撞到空穴里面
- 本征激发,复合,温度,决定载流子的浓度
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载流子浓度:温度上升,本证激发加快,载流子浓度升高,达到一定程度复合激发平衡 **和温度相关**
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怎么提高导电性?:→ 可掺杂性
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1.1.2 杂质半导体
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概念:本征半导体掺入少量的杂质元素 提高载流子浓度
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N 型半导体:掺入磷(+5)
- 某些位置四价被五价取代,剩下一个自由电子
- 2 种载流子 自由电子是多数载流子,简称多子,空穴是少子
- 带负电 Negative
- 温度对 N 型半导体中的多子,影响不大,温度对少子影响大
- 给半导体供应了载流子,称为施主原子
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P 型半导体:掺入硼(+3)
- 掺一个多一个空穴
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1.1.3 PN 结
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一 PN 结的形成
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P 型半导体和 N 型放一块
1.扩散运动:浓度高向浓度低运动
- 载流子在空间电荷区消耗殆尽,阻挡自由电子和空穴,
电场方向从 P←N
- 载流子在空间电荷区消耗殆尽,阻挡自由电子和空穴,
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2.空间电荷区:耗尽层 阻挡层 PN 结
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3.漂移运动:
- 多子的扩散运动和少子的漂移运动达到动态平衡
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4.对称结:左右电荷区一样,掺杂浓度一样
- 不对称结:浓度高的载,浓度低的宽
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二、PN 结的单向导电性
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1.外加正向电压
- P 区接正极,N 区接负极
- 外电场削弱内电场作用,削弱空间电荷区,使得扩散运动得以恢复
电阻:限流,防止 PN 结烧掉(使用二极管,考虑限流电阻的存在)
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2.外加反向电压
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PN 结加反向电压,从 N 到 P 时,耗尽层越来越大,截止
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少子的漂移运动加强(电流几乎可以忽略)
→ 反向饱和电流
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三、PN 结的电流方程
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PN 结的 Shockley 方程,它是描述 PN 结电流与电压关系的经典模型。
I = I_s \cdot \left( e^{\frac{V}{V_t}} - 1 \right)其中,
- I 是 PN 结的电流(单位:安培),
- I_s 是反向饱和电流(单位:安培),表示在零偏置时的少数载流子漂移电流,
- e 是自然对数的底数(约等于 2.71828),
- V 是 PN 结的电压(单位:伏特),正值表示正向偏置,负值表示反向偏置,
- V_t 是热电压,也称为热平衡电压或 Boltzmann 常数乘以温度(单位:伏特)。
这个方程描述了 PN 结的电流与电压之间的指数关系,其中 I_s 代表了在零偏置情况下的基本电流水平,V_t 则代表了与温度相关的电压。
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Ut:温度当量,室温 26mV
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导通电压:Ge:0.2V-0.3V Si:0.6-0.7
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ps:e 的指数很大,减一几乎可以忽略不计
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四、PN 结的伏安特性
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1.正向特性:
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2.反向特性:反向饱和电流:Ge 比 Si 大
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3.反向击穿:
- **掺杂浓度低:雪崩击穿:**场强足够大加速粒子,击毁共价键,产生更多自由电子,击穿 PN 结
(温度越高,需要的击穿电压越高)
温度越高,晶格结构震动越大,影响自由电子加速的行程 - **掺杂浓度高:齐纳击穿:**场强很高,共价键直接断裂
(温度越高,所需要的击穿电压越低)
温度越高越容易拉出来 - 反向击穿引起 PN 结温度升高,发热烧毁
- 没发生二次击穿之前是可逆的 可通过掺杂浓度控制击穿电压
- **掺杂浓度低:雪崩击穿:**场强足够大加速粒子,击毁共价键,产生更多自由电子,击穿 PN 结
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五、PN 结的电容效应
- 1.势垒电容(可做可变电容)
- 2.扩散电容
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1.2 半导体二极管
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1.2.1 常见结构
- 点接触型,面接触型,平面型,
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1.2.2 伏安特性
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和 PN 结伏安特性几乎一样
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一、伏安特性
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- 1.由于体电阻的存在,使得相同电压下电流比 PN 结小
- 2.反向电流大一些
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二、温度对特性的影响
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1.温度升高
- 正向特性左移,反向特性下移
- 温度升高时,相同电压下温度高电流大
- 室温每升高 1 度,正向压降 2.2mV,升高 10 度,反向电流增大一倍
- 温度传感器
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半导体
2 引用
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