【2017年整理】半导体工作原理讲解——Good.ppt

1 第一章 电力电子器件 半导体器件的工作原理 电力电子器件介绍 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 2 1 半导体的工作原理 不同元素原子核外电子的数目不同—元素周期表 含有多个核外电子的原子中，电子运动的主要区域离核有远有近，在离核较近的区域运动的电子能量较低，在离核较远的区域运动的电子能量较高，即电子在原子核外的分层排列的，把核外电子运动的不同区域看成不同的电子层，各电子层由内向外的序数n依次为1、2、3、…，分别称为K、L、M、N、O、…电子层。 1.1 原子核外电子排布 例如，钠原子核外有11个电子，分别处于K、L、M电子层中 ，排布在最外层的1个电子能量最高 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 3 半导体工作原理 13Al(铝) 14Si(硅) 15P(磷) 10Ne(氖) 科学研究证明：核外电子总是从能量最低的K层开始向外排列，而且各层能容纳的电子数为2n2，而且最外电子层最多只能容纳8个电子，若K层为最外层是，最多只能容纳2个电子。 氖的最外电子层已经填满，形成稳定结构。 价电子 三价元素 四价元素 五价元素 惯性核 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 4 化学键：物质中直接相邻的原子或离子之间存在的 强烈的相互作用力。 (1)离子键：活泼的金属和活泼的非金属化合时，金属容易失去最外层的电子形成阳离子，非金属容易结合电子形成阴离子，它们之间可以通过电子转移，分别形成阳离子和阴离子，这样许多的阴、阳离子通过静电作用形成离子化合物→使带相反电荷的阴、阳离子结合的互相作用力——离子键。 半导体工作原理 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 5 (2)共价键：两种非金属相互化合时，原子间共用最外层的电子形成共用电子对以达到稳定的电子层结构，共用电子对同时受到两个原子核的吸引→原子间通过共用电子对所形成的强烈的互相作用力——共价键。 14Si(硅) SiO2(二氧化硅) 8O(氧) 半导体工作原理 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 6 1.2 本征半导体 硅和锗都是晶体，它们的原子都是有规则地排列着，并通过由价电子组成的共价键把相邻的原子牢固地联系在一起。硅和锗中的每个原子均和相邻四个原子构成四个共价键。整块晶体内部晶格排列完全一致的晶体称为单晶。硅和锗的单晶称为本征半导体，它们是制造半导体器件的基本材料。 半导体工作原理 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 7 本征激发和复合 一块本征半导体，在热力学温度T=0K(K为开尔文)和没有外界影响的条件下，它的价电子均束缚在共价键中，不存在自由运动的电子。但当温度升高或受到光线照射时，某些共价键中的价电子从外界获得足够的能量，从而挣脱共价键的束缚，离开原子而成为自由电子(Free Electron)，同时，在共价键中留下了相同数量的空位，这种现象称为本征激发。 当共价键中留下空位时，相应原子就带有一个电子电荷量的正电，邻近共价键中的价电子受它的作用很容易跳过去填补这个空位，这样，空位便转移到邻近 共价键中去;而后新的空位又被其相邻的价电子填补。这种过程持续进行下去，就相当于一个空位在晶格中移动。 半导体工作原理 Evalua