《晶体二极管及应用》PPT课件

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1、第1章绪论第2章晶体二极管及应用第3章晶体三极管及应用第4章场效应管及基本放大电路第5章放大电路的频率响应第6章负反馈放大电路第7章双极型模拟集成电路的分析与应用第8章集成运算放大器的分析与应用第10章直流稳压源电路课程章节问题：1.为什么用半导体材料制作电子器件？2.PN结上所加的电压和电流符合欧姆定律吗？3.常用电子器件主要有哪些？4.各种器件有何功能？第二章晶体二极管及应用第二章晶体二极管及应用2.1半导体基础知识2.2PN结2.3半导体二极管（二极管）2.1半导体基础知识一、半导体的特性二、本征半导体及半导体的能带三、杂质半导体一、半导体

2、特性什么是半导体？导体:导电率为105s.cm-1，量级，如金属。（S:西门子)绝缘体:导电率为10-22～10-14s.cm-1量级，如：橡胶、云母、塑料等。导电能力介于导体和绝缘体之间。如：硅、锗、砷化镓等。半导体:半导体特性掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性半导体器件温度增加使导电率大为增加温度特性热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照特性光敏器件光电器件二、本征半导体及半导体的能带本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：99.9999999%，“九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体+4晶体特征在晶

3、体中，质点的排列有一定的规律。硅（锗）的原子结构简化模型价电子正离子注意：为了方便，原子结构常用二维结构描述，实际上是三维结构。锗晶体的共价键结构示意图半导体能带结构示意图价带中留下的空位称为空穴导带自由电子定向移动形成电子流本征半导体的原子结构和共价键+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键内的电子称为束缚电子价带禁带EG外电场E束缚电子填补空穴的定向移动形成空穴流二、本征半导体及半导体的能带（续）挣脱原子核束缚的电子称为自由电子1.本征半导体中有两种载流子—自由电子和空穴它们是成对出现的2.在外电场的作用下，产生电流—电子流和空穴流电子流

4、自由电子作定向运动形成的方向与外电场方向相反自由电子始终在导带内运动空穴流价电子递补空穴形成的方向与外电场方向相同始终在价带内运动二、本征半导体及半导体的能带（续）3.注意：本征半导体在热力学零度（0K）和没有外界能量激发下，晶体内无自由电子，不导电。载流子概念：运载电荷的粒子。本征半导体的载流子的浓度电子浓度ni:表示单位体积内的自由电子数空穴浓度pi:表示单位体积内的空穴数。A0—与材料有关的常数EG0—禁带宽度T—绝对温度k—玻尔曼常数结论1.本征半导体中电子浓度ni=空穴浓度pi2.载流子的浓度与T、EG0有关二、本征半导体及半导体的能

5、带（续）载流子的产生与复合g——载流子的产生率即每秒成对产生的电子空穴的浓度。R——载流子的复合率即每秒成对复合的电子空穴的浓度。当达到动态平衡时g=RR=rnipi其中r—复合系数，与材料有关。二、本征半导体及半导体的能带（续）三、杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高。掺入的三价元素如B（硼）、Al（铝）等，形成P型半导体，也称空穴型半导体。掺入的五价元素如P（磷）、砷等，形成N型半导体，也称电子型半导体。N型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半导体中掺入的五价元素，如P。价带导带++

6、+++++施主能级自由电子是多子（即多数载流子）空穴是少子杂质原子提供由热激发形成由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子。三、杂质半导体（续）+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5自由电子是多子（即多数载流子）空穴是少子问题：与本征半导体相比，N型半导体中空穴多了？还是少了？N型半导体举例：锗原子密度为4.4×1022/cm3，锗本征半导ni=2.5×1013/cm3，若每104个锗原子中掺入1个磷原子（掺杂密度为万分之一），则在单位体积中就掺入了10-4×4.4×1022=4.4×1

7、018/cm3个磷原子。则施主杂质浓度为：ND=4.4×1018/cm3（比ni大十万倍）杂质半导体小结：尽管杂质含量很少（如万分之一），但提供的载流子数量仍远大于本征半导体中载流子的数量。载流子的浓度主要取决于多子（即杂质），故使导电能力激增。半导体的掺杂、温度等可人为控制。P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半导体中掺入的三价元素如B。价带导带-------受主能级自由电子是少子空穴是多子杂质原子提供由热激发形成因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。三、杂质半导体（续）杂质半导

8、体的载流子浓度N型半导体：施主杂质的浓度NDn表示总电子的浓度p表示空穴的浓度n=p+ND≈ND（施主杂质的浓度>>p）P型半导体：NA