1、第二章 1.2.1 半导体材料与PN结 半导体器件的工作机理 导体 绝缘体 半导体 影响半导体的导电性能： 温度、纯度。 导电性能介于导体（如金、银等）与绝 缘体（如陶瓷、橡胶）之间的材料； 主要有：Si（硅）Ge（锗）GaAs（砷化 镓）Silicom Germanium Gallium arsenide 一、半导体材料及其电特性 以硅(Si)半导体材料为例： 1. 本征半导体 半导体材料高度提纯后的导体称 为本征半导体。纯度为99.99999% 以上，成为单晶体。 硅原子核外有14个电子,分三层 围绕原子核运动,最外层有4个电子 ，受原子核的束缚力最弱。硅材料 高度提纯后，其原子结构排列的
2、十 分整齐。 硅原子 简化原子模型 高度提纯 后的硅原 子结构 本征半导体的电特性 硅单晶体原子结构 排列的非常整齐； 每个原子外层的 四个电子与相邻四 周的原子外层电子 形成稳定的共价键 结构； 绝对零度时，价电子无法争脱本身原子 核束缚，此时本征半导体呈现绝缘体特性； 在室温下，本征半导体非常容易受 热激发产生电子空穴对；这时的载流 子浓度称本征浓度， 本征浓度随温 度的上升而增 大，所以本征 载流子浓度是 温度的函数。 常温下，本征硅中自由电子的浓度 或空穴的浓度为硅原子浓度的3万亿分 之一。所以本征硅的导电能力是很弱 的。 自由电子和空穴总是成对出现，称 为电子空穴对。电子空穴对的产生
3、称 为本征激发（热激发）。 在本征硅中，自由电子作为携带负 电荷的载流子参加导电。空穴也可以 看成是携带正电荷的载流子（当某器 件导电由两种载流子形成时，该器件 就称双极型器件）。 电子和空 穴载流子 运动说明 出现空穴后，共价键中的价电子 较易填补到这个空位上，过程的持 续进行，相当于空穴在晶体中移动 。 在本征激发的同时，自由电子受 原子核的吸引还可能重新回到共价 键中去，这种情况称为复合。 在一定的温度下，热激发产生电子 空穴对与它们的复合达到动态平衡， 电子空穴对维持一定的浓度。 导体中的导电能力由电子空穴对 的浓度决定。 2. 杂质半导体 为了提高半导体 的导电能力，在本 征半导体中
4、掺入某 些微量的有用元素 作为杂质，称为杂 质半导体。 微量有 用杂质 (1) N型半导体 在本征半导体中掺入 磷、砷等五价元素。 由于掺入量极微， 所以硅的原子结构 基本不变，只是某 些硅原子被杂质替 代了。 该原子除外层的 四个电子与相邻四个 硅原子组成稳定的共 价键结构外，仍多出 一个电子，所以，掺 杂后的电子数已远远 超过由热激发而产生 的电子数。 因此，掺杂后半导体中电子为多子， 空穴为少子。称电子型半导体或N型半 导体。 N型半导体中的电子浓度为： 其中： 称施主原子（为掺杂原子数） 而 掺杂后的多出的电 子非常容易失去（自 由电子），从而使杂 质原子变成带正电的 正离子。 N型半
5、导体的简化符号表示 施主原子 热激发的电子-空穴对 (2) P型半导体 在本征半导体中 掺入微量硼、镓 等三价元素。 由于掺入量极 微，所以硅的原子 结构基本不变，只 是某些硅原子被杂 质替代了。 该原子除外层的 三个电子与相邻四个 硅原子组成共价键结 构外，还缺一个电子 ，留下一个空穴。所 以，掺杂后的空穴数 已远远超过由热激发 而产生的空穴数。 因此，掺入三价元素后半导体中的 空穴为多子，电子为少子。称空穴型半 导体或P型半导体。 在P型半导体中的空穴浓度为： 其中： 称受主原子（为掺杂原子数） 而 杂质留下的空 穴，非常容易从其 它地方的电子来补 充，从而使杂质原 子变成带负电的负 离子
6、。 P型半导体的简化符号表示 受主原子 热激发的电子-空穴对 在热平衡的条件下，一种半导体中的 两种载流子的乘积是一定的，与所掺杂 质无关。 说明在半导体中，掺入杂质越多，少子越少。 N型半导体中的少子浓度： P型半导体中的少子浓度： 可以证明： 例1 在室温27度，本征半导体中的硅 原子浓度为5.11022cm-3，若掺入109 分之一的施主杂质。试求此时半导体 中的电子和空穴浓度，两种半导体的 电阻率？ 解：求施主浓度 设室温时的本征电子浓度和本征 空穴浓度为 掺杂后的电子浓度 掺杂后的少子（空穴）浓度 本征半导体的电导率 其中空穴和电子的迁移率 掺杂后电导率 电阻率 本征 掺杂后 在半导
7、体中，载流子 有多种运动。但电子 载流子与空穴载流子 产生的运动形成的电 流方向一致。 3.半导体中载流子的运动 载流子的扩散运动由浓度差别引起, 载流子由浓度高的区域向浓度低的区域运动 。 扩散电流 载流子的漂移运动电场作用下载流 子的定向运动 电子逆电场方向运动，空穴顺电场方向运动 。漂移运动引起的电流称漂移电流。 复合运动载流子在运动过程中，电子和 空穴相遇而消失。 爱因斯坦方程 扩散和漂移都满足热动力现象，而扩散常数 D和迁移率可用爱因斯坦方程表示 电压的温度档量 其中：K波尔兹曼常数（焦尔/K） T绝对温度（K） q电子电荷量（库仑） 二、PN结 在N型半导体的 基片上，采用平面扩
8、散法等工艺，掺入三 价元素，使之形成P 型区，则在P区和N区 之间的交界面处将形 成一个很薄的空间电 荷层，称为PN结。 PN结的典型厚度为 0.5m。 在P区的空穴(多子)向N区扩散，从而在P 区一侧留下了不能移动的负离子； 开始时，由 于载流子存在浓 度差，两边的载 流子分别向对方 扩散。 而在N区的电子(多子)向P区扩散，结果 在N区一侧留下了不能移动的正离子； 最终在交界处的正负离子形成了内建电场E。 内电场是多 子的扩散运动引 起的，极性由N 区指向P区。 NP 有了内电场后，对 半导体内载流子的 作用为： 阻碍多子的扩散运动 有利于少子的漂移运动 在PN结开路（无外加电压）时，多
9、子的扩散运动与少子漂移运动最终将达 到动态平衡，此时扩散电流等于漂移电 流，这时PN结呈现为电中性。 空间电荷层、势垒区、阻挡层、高阻区 阻挡层：指阻挡多数载流子的扩散运动； 耗尽层：指PN结内的载流子被耗尽； 动态平衡后的这 个特殊区域称： 耗尽层的P区厚度和N区厚度可以不对称。 正偏：P() N() 外加电压的电场 方向与PN结内建电场 方向相反，P、N区的 多子各自返回耗尽层 ，从而使PN结厚度变 薄。多子的扩散运动 将重新被大大增加。 偏置PN结-给PN结外加电压 而少子的漂移被削 弱，漂移电流远远小 于扩散电流。 此时，正向电流近似 为多子的扩散电流。 此时，外加电场与 内电场方向一
10、致。P、N 区内的多子各自向两头 运动，使得空间电荷区 厚度变厚。从而阻止了 多子的扩散运动，扩散 电流大大减小。而有利 于少子的漂移运动。这 时流过PN结的电流主要 为漂移电流。 反偏：P() N() 少子浓度很低，因 此反向电流很小，通常 可以略去； 另外，在一定的温 度下，靠热激发产生的 少子浓度一定，与外加 电压无关，故又称反向 饱和电流。 可见，PN结有一个十分突出的性质， 正偏时PN结正向导电，有较大电流流过 ；反偏时PN结截止，流过PN结的反向 电流很小。 请问：如将PN结短路，PN结会有电 流吗？ PN结的单向导电性 三、PN结的VI特性 理论分析可得:在理 想条件下流过PN结
11、的 电流与两端的电压之间 关系为 VT：电压的温度当量，室温下VT26mV IS：反向饱和电流 (1) 正向特性 PN结正偏时， 则 说明，正向电流大约每增加10倍，二 极管两端电压只增加60mV。 (2)反向特性 PN结反偏时 在一定温度下,IS基本上为常数。请 思考原因？ 则 (3)温度特性 温度升高时,反向饱和电流增大,正向电 流也增大。 PN结正向电压具有负温度系数。 温度升高10，IS 约增加1倍，电压减小 25mV。 (4)击穿特性 当外加反向电压超过击穿电压时， 反向电流急剧增大，称为反向击穿。 齐纳击穿： 外加电场将价电子直接从共价键中 拉出来，使电子空穴对增多，使电 流剧增。
12、 齐纳击穿多发生在高掺杂的PN结中 雪崩击穿多发生在低掺杂的PN结中 4V以下为齐纳击穿,7V以上为雪 崩击穿,4-7V可两者都有。 雪崩击穿： 当电场足够强时，载流子的漂移 运动被加速，将中性原子中的价 电子“撞击”出来，产生新的电子空 穴对。形成连锁反应（好象滚雪 球一样），使电流剧增。 四、PN结电容 PN结电压变化将引起结区及结外侧载 流子数量(电荷量)的变化，这一效应可 用结电容Cj来模拟。 几十pF 反偏时以垫垒电容为主(Barrier) 正偏时以扩散电容为主（Diffusion） 多子扩散到对方后，成为对方的少子 。因此，结边缘有一少子浓度分布曲线。 当外加正偏电压增大，浓度分布
13、曲线变化 相当于电荷量变化。 CD(扩散电容)：PN结正偏 P区少子电 子浓度 N区少子 空穴浓度 少子浓度分布 当PN结外加反向电压增大或减小时，空 间电荷区将产生宽窄的改变，这相当于两块 平行夹板间距发生变化，把此时的情况看成 平行夹板电容器，此时等效电容为 CB(垫垒电容)：PN结反偏 1.2.2 半导体二极管 二极管由一个 PN结，经管壳封装 后引出相应的电极 而成。 电路符号 （P）（N） 空心三角形箭头表示实际电流方向 ： 电流从P流向N。 二极管（按PN结的结构分类有） 点接触型面结合型平面型 按制作材料分有：硅管和锗管 二、二极管的伏安特性与参数 由于是一个PN结，所以其VI特
14、 性主要决定于PN结的特性 硅管 锗管 不同材料的二极管,其VI特性略 有差别。 在理想条件下，二极管 两端电压和电流关系用 PN结方程表示： 1. 伏安特性 OA：死区 开启电压：Vth AB：近似指数规律 BC：近似恒压源 导通电压 为Von，二极管 正向导电时， 通常要工作在 这个区-线性区 。 Von 正向特性 Von 正偏时， 则 说明，正向电流大约每增加10倍，二 极管两端电压只增加60mV。 Von 反向特性 IR(IS) VT：电压的温度当量， 室温下VT26mV IS：反向饱和电流 1.2.3 特种二极管 一、稳压二极管 利用反向击穿特性 制成，稳压范围从 1V到几百伏不等
15、。 主要参数： 稳定电压VZ 动态电阻rz rz愈小，则击穿特性愈 陡，稳压特性愈好。 最大允许耗散功率PZM 反向击穿区起始电流 最大稳定电流IZ(max) 最小稳定电流IZ(min) 稳压管用于简单的稳压电路 当等效负载电阻 当稳压管电流小于稳压管最小击穿 电流Imin时，稳压电路将失去稳压作 用。所以只能用于负载较轻，IL电流 较小场合。 二、发光二极管 电致发光器件，将电信号转 换成光信号。 通常由磷砷化镓（GaAsP)、 磷化镓（GaP)制成 光的波长（颜色）与材料有关 正偏导通时发光 发光二极管的开启电压和正向导通电压比普通 二极管大，正向电压一般为1.3-2.4V。亮度与 正向电
16、流成正比，一般需要几个毫安以上。 发光二极管应用电路 半导体数码管 信号（电平） 指示 一段就是一个 发光二极管 绿色、节能照明（大功率、 高亮度 三、光电二极管 正常工作在反偏状态。无光照时，只有 很小的反向饱和电流，称为暗电流；有光 照时，PN结受光激发，产生大量电子空穴 对，形成较大的光电流。 通常由硅材料制成，管壳有接收光照的 透镜窗口。 光电二极管的电流与照度成正比 ，用于信号检测、光电传感器、电机 转速测量等。 光电二极管应用 当光照强时，振荡频率升高，占空 比变小，发光二极管亮度增加。 四、变容二极管 反向偏置时， PN结的等效电阻 很大，等效电容 与所加反向电压 的大小有关。
17、变容二极管的电容很小，一般为 pF数量级，通常用于高频电路，如电 视机高频头中的压控可变电容器（作 选择频道的电调谐器）。 五、肖特基二极管 主要特点是导通电压较低(0.4V 左右)，导通时存储的非平衡载流子 数量少，关断时间很短，在高速数 字电路中获得很好的应用。 习 题 1.1.3 1.1.5 告知结果 确认日期表示感谢 描述程序 倾听意见 解释原因表达帮助 谈及价值 表示理解 课程内容 Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore e
18、t dolore magna aliqua. Ut enim ad minim veniam, quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat. 第一部分，员工离职的实质 第二部分，员工离职的法律红线 第三部分，员工离职面谈的技巧 第四部分，员工离职管理 第五部分，留住你的骨干员工 调查显示离职原因是： Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempor incididun
19、t ut labore et dolore magna aliqua. Ut enim ad minim veniam, quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat. 41%认为是晋升机会有限 25%认为自己的业绩不被赏识 15%认为薪酬是主要原因 19%其他因素 员工离职的心理动因模型 技能多样性 人物同一性 任务重要性 自主权 反馈度 角色模糊 角色冲突 工作负荷 环境变量 机会 一般培训 非工作因素 家庭责任 推出倾向 工作、组织因素 收入 晋升机会 工作压力 上司支持
20、度 工作单调性 过程公平性 职业成长度 期望匹配度 结果公平性 工作激励 工作参与度 组织承诺度 工作寻找行为 流失意图 改变现状的努力 偿金计算基数时是否需要将加班工资包括在内的问题 有的法院反映，一些用人单位加班已成为常态，劳动者的劳动报酬一般由最低工资和加班费组成，如在确定 经济补偿金计算基数时不将加班费计算在内，则可能导致用人单位支付的经济补偿金过低的问题。我们认为 ： 第一、经济补偿从性质上看系用人单位与劳动者解除或终止劳动关系后，为弥补劳动者损失或基于用人单位 所承担的社会责任而给予劳动者的补偿，故经济补偿金应以劳动者的正常工作时间工资为计算基数。 第二，加班工资系劳动者提供额外劳
21、动所获得的报酬，不属于正常工作时间内的劳动报酬。 第三，从原劳动部关于贯彻中华人民共和国劳动法若干问题的意见第55条和劳动合同法实施条例第 27条规定来看，也应认为经济补偿金不包含加班费。综上，我们认为在计算经济补偿金计算基数时不应将加 班工资包括在内。 如有证据证明用人单位恶意将本应计入正常工作时间工资的项目计入加班工资，以达到减少正常工作时间工 资和经济补偿金计算标准的，则应将该部分“加班工资”计入经济补偿金的计算基数。 浙江：未明确规定 浙江省高级人民法院民事审判第一庭、浙江省劳动人事争议仲裁院关于审理劳动争议案件若干问题的解答( 二)（2014-04-14） 十一、劳动者解除或者终止劳
22、动合同前十二个月包含医疗期等非正常工作期间，且在该期间内用人单位未支 付正常工作工资的，经济补偿基数应如何确定? 答：劳动合同法第四十七条第三款规定的“本条所称月工资是指劳动者在劳动合同解除或者终止前十二个 月的平均工资”，应理解为劳动合同解除或者终止前劳动者正常工作状态下十二个月的平均工资，不包括医疗 期等非正常工作期间。 东莞：未明确规定 东莞市中级人民法院、东莞市劳动人事争议仲裁委员会裁审衔接工作座谈会议纪要东中法201973号 二、关于经济补偿金或赔偿金计算基数问题 5.在计算解除或终止劳动合同经济补偿金或赔偿金基数(即劳动者离职前12个月的月平均工资)时： (1)对劳动者非正常出勤月
23、份的工资一般予以剔除。正常出勤月份是指当月正常工作时间满勤，且对劳动者非 正常出勤一般不区分原因。 (2)对支付周期超过一个月的劳动报酬，如季度奖、半年奖、年终奖、年底双薪等，应包含在内计算，如果查 明该笔款项确实属于劳动者离职前12个月期间发生的(而非仅凭支付日期认定)，应当按发生周期进行折算。 Thanks！ 惥(枮倁%倁讀缁仌缀砠騭椀秀朂紃儔嬔嬔嬔茔茔茔茔茔茔茔茔茔茔茔茔茔茔茔茔蘀嵞饹剖噟栀瑔婞婑傋倀吀罪絎瀀瀀琀砀昀搀攀挀挀攀戀昀戀愀最椀昀蘀嵞饹剖噟栀瑔婞婑傋倀吀罪絎瀀瀀琀砀尀尀愀戀戀挀挀愀挀攀戀愀攀挀挀夀搀椀戀漀甀洀稀稀甀砀吀一稀吀一洀儀瘀瘀倀漀猀愀堀氀嘀嘀匀倀猀蘀嵞餀剖嘀栀瑔婞娀倀倀
24、吀罪絎梏琀琀瀀猀眀眀眀眀攀渀欀甀渀攀琀挀漀洀椀氀攀刀漀漀琀尀圀攀渀欀甀渀攀琀椀氀攀刀漀漀琀尀挀搀戀搀挀挀攀愀昀挀昀愀戀蘀嵞饹虮嵞饹剖噟剖噟桖瑔栀瑔婞栀瑔婞晓恛奎顎媘啶餀剖葟虶澀齢饑颕蒘齶虻琀趀餀剖葟虶餀剖葟虶澀 晹葛葠琀楥葥虶慓豎澀鹎豛獔楥葥 謠葎恶鍎獜虑 萠晹葛盿陞蹵餀颕琀鏿獜斉蒋陖鉶虦鱥饛颕蒘颕f蒋颕琀饖饑艮啙靮絟琀饔鸀葒颕玂蹑饎颕蒘b轟啞琀鱥渀揿繟牻咂餀剖葟虶澀琀鑻桜鑻皏蒈乎煬豑S慎骉腟靥祺祗蕓鹑蒈杣睱卑桵桎譬骉琀浻桜驑乎煬豑饖祮睬塙瞍馃餰萀睶0睗塙塙旿馁扥蒗眰塙塙饢葢塙翿首葵貉瘰饎貉餀剖葟虶澀琀桜乎煬豑饖祮餰腬鱥祢饺礀葓屝蕧牙灞 葎鹳灛蘀獎葑腶豻齢饑颕蒘齶齢饑颕蒘齶慣楥鹥葖鮀鹶彏噥琀鏿獜葑 晹葛譬鵟湏咂葦繶牻餀祮葬脀齢饑颕蒘齶餀蒀矿捑蒃噒葖屝娀豑鱥豗虢祔虻琀趀 齹襎虎钋睓頀豛蚈渀炏湥魴襒翿腥侉鯿偑董睢斍gS膗齹虻瑙贀虎葛虎葥顎桜魑拿鞍號齹襎睔揿杗葒晶N葟摞陧牬概萀拿譓豨蝎餀普圠葨葥餀剖魥鮂蒐v啎桎魥筑馚魻怰靎靎崰恹N玍襞魥畘宀敢捷敫火靎琀
