电工电子技术 第6章 半导体器件基础

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1、第二篇电子技术第7章交流放大电路第9章直流稳压电源第8章集成运算放大器第6章半导体器件基础电子电子技术是19世纪末、20世纪初开始发展起来的新兴技术，是20世纪发展最迅速，应用最广泛的技术之一，成为近代科学技术发展的一个重要标志。进入21世纪，人们面临的是以微电子技术为基础的，以（半导体和集成电路为代表）电子计算机和因特网为标志的信息社会。高科技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展。现代电子技术在国防、科学、工业、医学、通信（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都发挥着巨大的作用。现在的世界，电子技术无

2、处不在：收音机、彩电、音响、VCD、DVD、电子手表、数码相机、微电脑、大规模生产的工业流水线、因特网、机器人、航天飞机、宇宙探测仪，可以说，人们现在生活在电子世界中，一天也离不开它。第一代电子产品以电子管为核心。20世纪40年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管；50年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电

3、路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。电子技术基础篇包括半导体基础知识，共射放大电路、共集电极放大电路、功率放大器、差分放大电路等基本放大电路、集成运放电路的线性和非线性应用、稳压电源、集成门电路、组合逻辑电路时序逻辑电路、模/数和数/模转换器等。在学习本课程时，应注意以下几方面的特点：（1）规律性。电子电路是由电子器件和电阻、电容等电路元件按照一定的规律组合而成的，各种复杂的电子电路也都是由若干种基本电子电路组合而成，因此学习时要求熟记一些基本电子电路的结构和特性，主要器件特性，并掌

4、握它们的组合规律。（2）非线性。由于电子线路具有非线性特性，所以必须采用非线性电路的分析方法来分析电子线路。常用的有图解分析法和等效电路模型分析法等。（3）工程性。对于电子线路的分析与设计，采用精确的分析计算难度较大，往往不必要。因为电子器件的特性和参数分散性较大，而电路元件的参数也有一定的误差，因此工程上通常是先采用近似计算法对电路进行粗略的估算，然后通过实验调试来达到预定的设计要求。（4）实践性。电子技术是一门实践性很强的课程，要多找机会做实验。这主要是因为影响电子电路工作的因素往往非常复杂，难以用简单的模型加以全

5、面而精确的模拟。电子线路实验是学生的重要实践性环节，对于培养和提高独立工作、解决实际问题的能力起着十分重要的作用。通过实验的学习，不仅能使学生具有进行科学实验的动手能力，而且还能培养出一丝不苟、严谨求实的科学研究作风。第6章半导体器件基础6.1半导体基本知识6.2半导体二极管6.3特殊二极管6.4半导体三极管电子技术中最常用的半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、特殊晶体管等。学习中首先应掌握常用电子器件的基本知识，这是深入学习电子电路的基础。本章将学习半导体的基本知识和半导体二极管

6、、三极管等器件的结构、工作原理、特性曲线、主要参数等，要求理解掌握，并学会合理地选用器件型号。学习目的与要求导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。自然界中不同的物质，由于其原子结构不同，因而导电能力也各不相同。根据导电能力的强弱，可以把物质分成导体、半导体和绝缘体。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、砷化镓以及金属氧化物和硫化物等都是半导体。6.1半导体基本知识6.1.1本征半导体本征半导体是化学成分纯净、物理结构完整的半导体。半导体在物理结构上有多晶体和单晶体两种形态，制造半导体器件必须使用单晶体

7、，即整个一块半导体材料是由一个晶体组成的。制造半导体器件的半导体材料纯度要求很高，要达到99.9999%以上。1.结构特点自然界的一切物质都是由原子组成的，而原子又是由一个带正电的原子核与若干个带负电的电子所组成的。电子分层围绕原子核作不停的旋转运动，其中内层的电子受原子核的吸引力较大,外层电子受原子核的吸引力较小，外层电子的自由度较大，因此外层的电子如果获得外来的能量，就容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子。我们把最外层的电子叫做价电子。在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅和锗，它们的原子结构如图6.1所示。硅和锗都

8、是四价元素，其原子最外层轨道上都具有4个价电子。++Si(硅原子)硅原子和锗原子的简化模型图Si+4Ge+4Ge(锗原子)图6.1原子结构示意图价电子的数目越接近8个，物质的化学结构也就越稳固。对于金属材料，其价电子一般较少，因此金属中的价电子很容易变成自由电子，所以金属是良导体；对于单质绝缘体，其价电子数一般多于4个，因此绝缘体