模拟电路备课教案第一章

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1、第一章常用半导体器件内容提要：本章主要讲述了半导体基础知识，PN结的特性，二极管、晶体三极管、场效应管的构成及特性曲线和主要参数等，同时介绍了单结管、晶闸管、集成电路中的元件等基础知识。重点：二极管和稳压管的伏安特性及主要参数，晶体管的共射输入特性、输出特性和主要参数，以及场效应管的转移特性、输出特性和主要参数；即常用半导体器件的外特性及主要参数。了解它们内部载流子的运动情况是为了更好地理解它们的工作原理。难点：常用半导体器件的内部载流子的运动情况分析及工作原理。讲授方法：采用多媒体课件配合，以

2、课件演示半导体器件内部载流子的运动情况，同时采用启发式教学，激发学生学习的积极性。第一节：半导体基础知识1.半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体：ρ<10－4Ω·cm绝缘体：ρ>109Ω·cm半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。2.半导体的晶体结构典型的元素半导体有硅Si和锗Ge，此外，还有化合物半导体砷化镓GaAs等。半导体的导电性能是由其原子结构决定的，就元素半导体硅和锗而言，其原子序数分别为14和32，但它们有一个共同的特点：即原子最外层的电子（价

3、电子）数均为4，其原子结构和晶体结构如图1.1.1所示。图1.1.1本征半导体结构示意图图1.1.2本征半导体中的自由电子和空穴3.本征半导体本征半导体：化学成分纯净、结构完整的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。本征激发(热激发）：受温度、光照等环境因素的影响，半导体共价键中的价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子的现象，称之为本征激发（热激发）。空穴：共价键中的空位。电子空穴对：由本征激发（热激发）而产生的自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子空穴对。所以，在本征半导体中：ni

4、=pi（ni－自由电子的浓度；pi－空穴的浓度）。（1）两种载流子的产生与复合，在一定温度下达到动态平衡，则ni=pi的值一定；（2）ni与pi的值与温度有关，对于硅材料，大约温度每升高8oC，ni或pi增加一倍；对于锗材料，大约温度每升高12oC，ni或pi增加一倍。载流子：能够参与导电的带电粒子。半导体中载流子的移动：如图1.1.3所示。从图中可以看出，空穴可以看成是一个带正电的粒子，和自由电子一样，可以在晶体中自由移动，在外加电场下，形成定向运动，从而产生电流。所以，在半导体中具有两种载流

5、子：自由电子和空穴。图1.1.3半导体中载流子的运动4.杂质半导体杂质半导体：在本征半导体中参入微量的杂质形成的半导体。根据参杂元素的性质，杂质半导体分为P型（空穴型）半导体和N型（电子型）半导体。由于参杂的影响，会使半导体的导电性能发生显著的改变。P型半导体：在本征半导体中参入微量三价元素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.4所示。常用的三价元素的杂质有硼、铟等。图1.1.4P型半导体的共价键结构受主杂质：因为三价元素的杂质在半导体中能够接受电子，故称之为受主杂质或P型杂质。多子与少子

6、：P型半导体在产生空穴的同时，并不产生新的自由电子，所以控制参杂的浓度，便可控制空穴的数量。在P型半导体中，空穴的浓度远大于自由电子的浓度，称之为多数载流子，简称多子；而自由电子为少数载流子，简称少子。N型半导体:在本征半导体中参入微量五价元素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.5所示。常用的五价元素的杂质有磷、砷和锑等。图1.1.5N型半导体的共价键结构施主杂质：因为五价元素的杂质在半导体中能够产生多余的电子，故称之为施主杂质或N型杂质。在N型半导体中，自由电子为多数载流子，而空穴为少

7、数载流子。综上所述，在杂质半导体中，因为参杂，载流子的数量比本征半导体有相当程度的增加，尽管参杂的含量很小，但对半导体的导电能力影响却很大，使之成为提高半导体导电性能最有效的方法。5.PN结(1)PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成P型半导体和N型半导体。此时将在P型半导体和N型半导体的结合面上形成PN结。物理过程示意图见课件图1.1.6所示。PN结的单向导电性(2)正偏与反偏：当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，

8、简称反偏。PN结加正向电压:PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流，PN结导通。其示意图见课件图1.1.7所示。PN结加反向电压:PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，PN结截止。其示意图见课件图1.1.8所示。PN结的单向导电性PN结加正向电压（正偏）时导通；加反向电压（反偏）时截止的特性，称为PN结的单向导电性。（3）PN结的特性曲线PN结的V-I特性表达式：式中，IS—反向饱和电流；n—发射系数，与PN结的的尺寸、材料等有关，其值为1~2；VT—温度的电压