第02讲半导体基础知识PPT学习教案.pptx
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半导体是电子技术的基础,尤其是微电子学和集成电路的核心。本讲主要介绍了半导体的基本概念,包括本征半导体、杂质半导体以及PN结的特性。 本征半导体是指未掺杂任何杂质的纯净半导体材料,如硅或锗。在绝对零度(0K)时,本征半导体不导电。随着温度升高,热运动促使价电子获得足够的能量脱离原子的共价键,成为自由电子。同时,原位置会留下一个空位,即空穴。自由电子和空穴共同构成了半导体中的载流子,参与电荷的传输。由于载流子数量有限,本征半导体的导电性相对较弱,但温度升高会增加载流子浓度,从而提高导电性。 接着,杂质半导体是通过向本征半导体中掺入特定元素,如五价元素磷(形成N型半导体)或三价元素硼(形成P型半导体),来改变其导电性质。N型半导体中,磷原子的额外电子成为多数载流子,使得自由电子数量显著增加,导电性增强。P型半导体则因硼原子的空位(即受主能级)吸引邻近的电子,形成空穴作为多数载流子,导电性也得以提升。在杂质半导体中,温度变化会影响少数载流子的浓度,但多数载流子的浓度受掺杂控制,保持相对稳定。 然后,PN结是半导体器件的关键组成部分,由P型和N型半导体接触形成。两种类型的半导体接触时,会发生扩散运动,使得P区的空穴向N区移动,N区的自由电子向P区移动,这会在接触面附近形成一个电荷不对称的区域,即耗尽层。耗尽层内的内电场阻止进一步的扩散,达到动态平衡后形成PN结。PN结具有单向导电性,当施加正向电压时,耗尽层变窄,扩散运动加剧,形成扩散电流,结导通;而反向电压则使耗尽层变宽,抑制扩散,仅允许极小的漂移电流,表现为截止状态。 PN结还存在电容效应,主要包括势垒电容和扩散电容。势垒电容是指当PN结外加电压变化时,空间电荷区宽度的变化导致的电荷积累和释放,类似电容器的充放电过程。扩散电容则源于正向电压变化时载流子浓度及梯度变化引起的电荷积累。总结电容是这两种电容的综合,且不是恒定值,高频电压下,结电容效应可能导致PN结失去单向导电性。 半导体基础知识涵盖了本征半导体的物理特性、杂质半导体的掺杂机制、PN结的形成与单向导电性以及电容效应。这些知识对于理解和设计半导体器件,如二极管、晶体管等,至关重要。
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