模拟电子技术电子教案-第五章半导体器件

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1、模拟电子技术电子教案-第五章半导体器件本课程的性质：模拟电子技术课程是电气、电子信息类及相关专业的一门重要的专业基础课。本课程的主要任务：使学生通过本大纲所规定的全部教学内容的学习，掌握电子线路的基本概念、基本原理和基本分析方法，达到具有初步分析、设计实际电子线路的能力，为后续课程的学习准备必要的知识，并为今后从事实际工作打下必要的基础。达到下列基本要求：1．了解常用电子器件（包括集成组件）的外特性及其应用；了解放大电路的主要技术指标。2．掌握基本放大电路的组成、分析方法和应用，会估算基本放大电路的静态工作点、放大倍数、

2、输入电阻和输出电阻；掌握正弦波振荡器的组成及工作原理；掌握负反馈的基本组态及其对放大电路性能的影响；掌握集成运放组成的某些功能电路的电路组成、工作原理、性能和应用；掌握直流稳压电源的组成环节及各部分工作原理。3．熟练掌握基本放大电路的工作原理；熟练掌握反馈的判别；熟练掌握集成运放组成的电路的分析方法。4．熟悉常用电子仪器的使用方法，初步具有查阅电子元器件手册、正确使用元器件的能力、认识常见电子线路图的能力、测试常用电路功能及排除故障的能力。第五章半导体器件基础本章主要内容：本章主要介绍了半导体的特性，PN结的形成及其单向

3、导电性，然后介绍了半导体二极管、三极管和场效应管的结构、工作原理、特性曲线及主要参数。本章是学习模拟电子技术的基础，本章重点：二极管的单向导通特性及伏安关系；三极管的电流放大关系。本章难点：PN结的形成；三极管的电流放大原理。讲课思路：什么是半导体？→为什么采用半导体材料制作电子器件？→PN结有何特性和作用？PN结电压与电流符合欧姆定律吗？→怎样获得三极管？它的工作方式和作用是怎样的？5.1半导体基础知识本节课重点在于学习本征半导体、杂质半导体、多子、少子等概念，了解PN结形成的基本原理5.1.1半导体半导体是指导电能力

4、介于导体和绝缘体之间的一类物质，如硅、锗、砷化镓以及大多数的金属氧化物等，它们都具有半导体特性。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别。如大多数半导体对温度反应敏感，当环境温度升高时，它的导电能力要增强许多，利用这种特性可做成热敏元件。有些半导体在受到光照时，它的导电能力变的很强，而在无光照时，又变得像绝缘体一样不导电，利用这种特性可做成光敏元件。半导体掺入杂质后其电阻率大大减小，可以做成可控的电子开关元件。1.本征半导体纯净半导体称为本征半导体。我们以硅和锗原子的简化原子模型来说明，二维晶格结构如图1.1所示。在温

5、度为T=0K和没有外界激发时，每一个电子均被共价键所束缚。在室温条件下，部分价电子就会获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，这称为本征激发。自由电子是一种带负电的载流子，在外加电场的作用下可以移动。自由电子移动后在原来共价键中留下的空位称为空穴，此时可把空穴认为是一个带正电的粒子，空穴和相邻的价电子很容易复合，复合后在相邻价电子处形成空穴，这相当于空穴的移动。在空穴和自由电子不断地产生的同时，原有的空穴和自由电子也会不断地复合，形成一种平衡。所以半导体中导电物质就是自由电子和空穴。2.杂质半导体在本征半导体中掺

6、入不同的杂质，就会使半导体的导电性能显著的增加，根据掺入杂质的不同，分为P型半导体和N型半导体。（1）P型半导体在硅（或锗）中掺入少量三价元素硼（或铟），形成P型半导体。因为硼原子有三个价电子，所以在和周围的四个硅原子构成共价键时，会留有一个空穴，这样空穴在P型半导体中的数目远大于自由电子的数目，故P型半导体的多数载流子（多子）是空穴，相应的少数载流子（少子）为自由电子。（2）N型半导体在硅（或锗）中掺入少量五价元素磷（或砷），形成N型半导体。因为磷原子有五个价电子，所以在和周围的四个硅原子在构成共价键时，会多出一个自由

7、电子，这样自由电子在N型半导体中的数目远大于空穴的数目，故N型半导体的多数载流子（多子）是自由电子，相应的少数载流子（少子）为空穴。要注意的是，虽然两种杂质半导体的导电能力增加了，但整体而言仍是中性不带电的。5.1.2PN结1.PN结的形成（1）多子的扩散运动若P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界面两侧分别是空穴和自由电子的高浓度区，因此在交界面处空穴和自由电子会发生从高浓度区向低浓度区的扩散运动并发生复合，这样破坏了原来P区和N区的电中性，P区由于接受了从N区扩散过来的自由电子而成为负极性区，N区由于接受了从P区

8、扩散过来了空穴而成为正极性区，这些带电离子形成了一个很薄的空间电荷区，产生了内电场。图5.2PN结形成(a)多子扩散运动（b）空间电荷区的形成（2）少子的漂移运动一方面，随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽使得内电场增强；另一方面，内电场又将阻止多子的扩散运动，而使P区的少子电子向N区运动，N区的少子空穴向P区运动，这