复旦电子工程系模电课件

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1、第2章半导体器件半导体基础知识半导体材料的结构与特点载流子及其运动PN结2021/10/62模拟电子学基础半导体材料Si,Ge,GaAs,...4价元素或化合物电阻率介于导体与绝缘体之间具有类似的结构2021/10/63模拟电子学基础本征半导体4价元素，外层有4个电子每个原子与周围4个原子形成共价键本征激发：价电子受热（或光照）获得能量→脱离共价键→载流子（电子与空穴）由于本征激发的载流子浓度不高，所以本征半导体材料的电阻率较高由于本征激发受温度与光照的影响较大，所以本征半导体材料的电阻率对于温度和光照敏感2021/10/64模拟电子学基础杂质半导体施主

2、杂质V族元素共价键多余1个电子材料中电子多于空穴N型半导体受主杂质III族元素共价键缺少1个电子材料中空穴多于电子P型半导体2021/10/65模拟电子学基础杂质半导体中的载流子浓度多数载流子（简称多子）基本上由掺杂形成，所以多子浓度接近掺杂浓度少数载流子（简称少子）由本征激发形成多子浓度远大于少子浓度若在一块半导体材料中同时掺入施主杂质和受主杂质，则产生杂质补偿作用，杂质半导体的特性由掺杂浓度高的杂质所决定2021/10/66模拟电子学基础载流子的运动扩散载流子浓度梯度作用下载流子定向运动扩散电流的大小取决于载流子浓度梯度以及载流子的扩散系数漂移外电场作

3、用下的载流子定向运动电子与空穴的漂移速度(迁移率，记为μn和μp)不同，电子的迁移率大于空穴的2021/10/67模拟电子学基础PN结利用杂质补偿原理，在P型和N型半导体的界面上形成PN结在PN结的界面上发生载流子的扩散由于复合作用，界面上载流子被耗尽（耗尽层）2021/10/68模拟电子学基础耗尽层内由于离子带电形成空间电荷区空间电荷形成内建电场内建电场引起的漂移运动与扩散运动方向相反，最终阻止载流子的进一步移动内建电场空间电荷区2021/10/69模拟电子学基础PN结的势垒高度由于空间电荷区存在内建电场，电子在各处的电势能不同，形成势垒2021/10/

4、610模拟电子学基础正向偏置的PN结外电场与内建电场方向相反势垒宽度减小，势垒高度降低少子漂移削弱，多子扩散加强产生很大的正向电流2021/10/611模拟电子学基础反向偏置的PN结外电场与内建电场方向相同势垒宽度增加，势垒高度增加多子扩散削弱，少子漂移有加强趋势由于少子数目有限，反向电流很小2021/10/612模拟电子学基础PN结的伏安特性Is是PN结的反向饱和电流Is正比于PN结的面积、电子和空穴的扩散系数、平衡载流子浓度，反比于载流子扩散长度对于硅PN结来说，Is≈(10-14~10-15)A2021/10/613模拟电子学基础PN结的伏安特性的特

5、点正向电流基本上服从指数规律。当V>4VT后，有反向电流基本上是恒值，等于－Is单向导电特性2021/10/614模拟电子学基础PN结的击穿特性反向电压增加到达某个极限时，流过PN结的反向电流突然增加，称为PN结的击穿2021/10/615模拟电子学基础雪崩击穿反向电压增加→势垒区内的电场强度增加→势垒区内的载流子动能增加→碰撞加剧→原子电离→新产生载流子（电子和空穴）→进一步增加碰撞雪崩击穿电压较高（大致高于5~6伏）雪崩击穿具有正温度系数2021/10/616模拟电子学基础齐纳击穿高掺杂→势垒区薄→足够高的场强→价电子获得足够的能量→脱离共价键的束缚成

6、为自由电子高掺杂的PN结的击穿电压比较低，大致低于5~6V具有负温度系数2021/10/617模拟电子学基础PN结的扩散电容正向偏置情况下，空间电荷区两侧由对方区域注入的非平衡少数载流子的堆积只存在于正向偏置情况扩散电容的大小与流过PN结的正向电流成正比2021/10/618模拟电子学基础PN结的势垒电容势垒两侧空间电荷数目以及空间电荷区宽度的改变，类似平板电容偏置电压越负，势垒电容量越小。非线性电容g为结电容梯度因子。线性缓变结，g=1/3；突变结，g=1/2；超突变结，g=1/2~6VD≈VB：VD<

7、0/619模拟电子学基础半导体二极管结构与伏安特性等效模型主要特性参数其他类型的二极管2021/10/620模拟电子学基础二极管的结构与电路符号结构符号2021/10/621模拟电子学基础二极管的伏安特性击穿电压导通电压硅二极管的导通电压(VD(on))大致为0.6~0.8V2021/10/622模拟电子学基础理想二极管模型只考虑二极管的单向导电性，忽略所有其他因素适用于定性分析二极管电路的功能2021/10/623模拟电子学基础理想二极管模型的应用半波整流电路2021/10/624模拟电子学基础半波整流电路的平均输出电压2021/10/625模拟电子学基

8、础思考题如下电路称为桥式整流电路，试用理想二极管模型解释其整流作用