《模拟电子电路》课件

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1、第一章半导体基础及应用电路1.1半导体基础知识1.2PN结原理1.3晶体二极管及应用应用返回1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.3漂移电流与扩散电流引言返回1.1半导体材料及导电特性返回1.1.1本征半导体返回当Si（或Ge）原子组成单晶体后，各原子之间有序、整齐的排列在一起，原子之间靠得很近，价电子不仅受本原子的作用，还要受相邻原子的作用。因此Si（或Ge）单晶体每个原子都从四周相邻原子得到4个价电子才能组成稳定状态。即每一个价电子为相邻原子核所共有，每相邻两个原子都共用一对价电子。形成共价键结构。根据原子的理论：原子外层电子有8个才能处于稳

2、定状态。1.1.1本征半导体（intrinsicsemiconductor）返回量子力学证明：原子中电子具有的能量状态是离散的，量子化的，每一个能量状态对应于一个能级，一系列能级形成能带。Ega:空穴带正电量b：空穴是半导体中所特有的带单位正电荷的粒子，与电子电量相等，符号相反c：空穴在价带内运动，也是一种带电粒子。在外电场作用下可在晶体内定向移动空穴：（二）本征激发和两种载流子自由电子载流子：带单位负电荷空穴载流子：带单位正电荷返回（三）本征载流子（intrinsiccarrier）浓度本征激发电子空穴Eg1电子空穴随机碰撞复合（自由电子释放能量）电子空穴对消失23本征激发

3、动态平衡复合是电子空穴对的两种矛盾运动形式。返回1.1.2杂质半导体（donorandacceptorimpurities）3.3×1012分之一返回（一）N型半导体（NTypesemiconductor）室温T=300k+++++5返回在本征半导体中掺入5价元素的杂质（砷、磷、锑）就成为N型杂质半导体。（一）N型半导体（NTypesemiconductor）+++++5返回1.与本征激发不同，施主原子在提供多余电子的同时并不产生空穴，而成为正离子被束缚在晶格结构中，不能自由移动，不起导电作用。2.在室温下，多余电子全部被激发为自由电子，故N型半导体中自由电子数目很高（浓度大

4、）,主要靠电子导电。称为电子半导体。3.在N型半导体中同样也有本征激发产生的电子空穴对，但数量很小，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子→多数载流子（多子）。且多数载流子浓度＞＞ni空穴→少数载流子（少子）。少数载流子浓度＜＜pi（二）P型半导体（Ptypesemiconductor）----返回在本征半导体中掺入3价元素（如B硼），就成为P型半导体。3价杂质原子→接受电子→负离子→受主杂质→受主原子→位于受主能级产生空位室温T=300k杂质产生（空位）→受主能级在价带中形成空穴→晶格中留下负离子接受电子（二）P型半导体（Ptypesemiconductor）----返回（三

5、）杂质半导体中的载流子浓度本征半导体中载流子由本征激发产生：ni=pi掺杂半导体中（NorP）→掺杂越多→多子浓度↑→少子浓度↓杂质半导体载流子由两个过程产生：杂质电离→多子本征激发→少子由半导体理论可以证明，两种载流子的浓度满足以下关系：1热平衡条件：温度一定时，两种载流子浓度积之，等于本征浓度的平方。N型半导体：若以nn表示电子（多子），pn表示空穴（少子）则有nn.pn=ni2P型半导体：pp表示空穴（多子），np表示电子浓度（少子）pp.np=ni2返回（三）杂质半导体中的载流子浓度2电中性条件：整块半导体的正电荷量与负电荷量恒等。N型：ND表示施主杂质浓度，则：nn

6、=ND+pnP型：NA表示受主杂质浓度，pp=NA+np由于一般总有:ND>>pnNA>>np所以有N型：nn≈ND且：pn≈ni2/NDP型：pp≈NAnp≈ni2/NA多子浓度等于掺杂浓度少子浓度与本征浓度ni2有关，与温度无关随温度升高而增加，是半导体元件温度漂移的主要原因多子浓度少子浓度返回1.1.3漂移电流与扩散电流半导体中有两种载流子：电子和空穴，这两种载流子的定向运动会引起导电电流。引起载流子定向运动的原因有两种：由于电场而引起的定向运动――漂移运动。（漂移电流）由于载流子的浓度梯度而引起的定向运动――扩散运动（扩散电流）（一）漂移电流（driftcurrent

7、）在电子浓度为n,空穴浓度为p的半导体两端外加电压U，在电场E的作用下，空穴将沿电场方向运动，电子将沿与电场相反方向运动：●●●●●○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●返回空穴的平均漂移速度为:Vp=upE电子的平均漂移速度为:Vn=-unE(二）扩散电流（diffusioncurrent）返回§1.2PN结1.2.2PN结的单向导电特性1.2.1PN结的形成及特点返回NP++++++++++++++++----------------§1.2PN结E