半导体PN结元器件的器件特性分享

thinkfunny

一、本征半导体与杂质半导体：
7 j5 m$ L9 q5 A4 g. R- B( I
常用的半导体材料硅(Si)和锗(Ge)均为四价元素，它们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的那么紧，所以其导电性介于二者之间，称为半导体。
5 o" v$ m! X8 V7 a# n  t9 R* A8 ~. r* G
本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体，在本征半导体中，自由电子和空穴数目相等。在一定的温度下，本征半导体的载流子的浓度是一定的，但是载流子的浓度受到温度的影响，且温度越高，载流子浓度越高，导电性能越好。

" V; f5 `4 H- w  L" }/ g( d! [- j自由电子：在外部某些条件的作用下，价电子挣脱共价键束缚而变成了自由电子，自由电子带负电。

8 l& j) ^" ]; y& j( U0 X4 \空穴：自由电子挣脱后，在共价键中留下的一个空位置，称为空穴，空穴带正电。

/ B# ~2 ~- H- {  i载流子：运载电荷的粒子称为载流子，导体导电只有一种载流子，即自由电子导电；而本征半导体中有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电，这是半导体导电的特殊性质。
" g4 R& g( Q  p5 p+ k

/ T* J- ~6 W+ B7 E; k% U/ U) {: H
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，便可以得到杂质半导体。按照掺入杂质元素的不同，可以形成N型半导体和P型半导体，而且控制掺入杂质元素的浓度，就可以控制杂质半导体的导电性能。

N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素(如磷)，使之取代晶格中的硅原子的位置，就形成了N型半导体。在N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，故称自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。N型半导体主要靠自由电子导电，掺入的杂质越多，自由电子浓度越高，导电性能也就越强。

P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素(如硼)，使之取代晶格中的硅原子的位置，就形成了P型半导体。在P型半导体中，自由电子的浓度小于空穴的浓度，故称空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。P型半导体主要靠空穴导电，掺入的杂质越多，空穴浓度越高，导电性能也就越强。
0 N4 `) U& S# ]. l, k7 u0 k

/ [$ o, w) y4 D3 s
4 x) z8 V& E8 @温度(光)特性的影响：在杂质半导体中，多数载流子是由于掺入杂质元素而得到的，因而它受温度的影响很小；而少数载流子是由于本征半导体的本征激发形成的，所以尽管其浓度很低，却对温度非常敏感，这也将影响半导体器件的性能。

二、PN结：

PN结：采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，它们的交界面就形成了PN结，PN具有单向导电性。在无外电场和其他激发作用下，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。

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的运动称为扩散运动。
  T2 C2 d. Z! ~# L
3 M, W; S* u  \7 H0 T漂移运动：多数载流子的扩散运动产生了内电场，内电场阻止了扩散运动，促进了少数载流子的漂移运动。
5 W& b5 d) X  f0 C! c( |
正向导通状态：扩散运动加剧，漂移运动减弱，多数载流子参与导电。

4 ?/ `. i5 q; E  _  {! r, D反向截止状态：漂移运动加剧，扩散运动减弱，少数载流子参与导电。
( H( T8 f+ V% i! {! J
反向击穿状态：反向电压超过反向击穿电压后，反向电流急剧增加，称之为反向击穿，会造成PN结永久性地损坏。
2 v$ K2 v9 e8 b# S! x
- X" w/ V2 d, s8 N, P/ nPN结的伏安特性曲线：
( I  C2 a* {0 |" Y9 x( v


结电容：由势垒电容和扩散电容组成。一般PN结的结电容很小，为pF级别的。对于低频信号呈现很大的容抗，其作用可以忽略不计；但是当信号频率较高时，结电容的影响必须作为考量的因素之一。

$ f' q$ Z8 K7 J' @8 v, x' U. f2 t


- e" E$ N- U4 Q% m
5 h; Q- Z2 E) Z5 k: I
! e5 B: \! z4 W7 j

3 Q& j2 H& }& E" S

CCxiaom

谢谢分享