模拟电子技术电子教案第一章N

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1、电子线路基础主讲：郭建才华南师范大学教育信息技术学院第一章半导体器件教学目标本章应重点掌握以下内容：半导体二极管的单向导电特性、伏安特性以及主要电参数。硅稳压二极管的伏安特性、稳压原理及主要电参数。晶体管的放大作用、输入特性曲线和输出特性曲线、主要参数、温度对参数的影响。教学内容1.1半导体基础知识1.2PN结1.3半导体三极管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1.1.1本征半导体根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。1.1.1本征半导体半导体硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。

2、原子序号分别为14（2、8、4）和32（2、8、18、4）。Si硅原子Ge锗原子1.1.1本征半导体通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。1.1.1本征半导体在硅和锗晶体中，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。共价键共用电子对+4表示除去价电子后的原子+4+4+4+41.1.1本征半导体形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。+4+4+4+4共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。1.1.1本征半导体在绝对温度0K(-273℃)时，本征半导体中的电子受原子核的束缚，故该半导体不存在能导电的粒

3、子，从而呈现绝缘体的性能。绝对温度=273+摄氏温度+4+4+4+41.1.1本征半导体共价键中的价电子受激发获得能量并摆脱共价键的束缚成为“自由电子”，并在原共价键的位置上形成一个“空穴”，这一过程称为本征激发。+4+4+4+4+4+4+4+4+4图1－3本征半导体中的自由电子和空穴空穴自由电子1.1.1本征半导体电子和空穴均是能够自由移动的带电粒子，称为载流子。电子带负电荷，空穴带正电荷。+4+4+4+41.1.1本征半导体载流子在电场作用下的定向运动称为漂移.本征半导体中自由电子数ni等于空穴数pi，即ni＝pi.+4+4+4+41.1.1本征半导体产生自由电子和空穴对的同时，部

4、分电子也失去能量返回到共价键处，使自由电子和空穴对消失，此过程称为载流子的复合。+4+4+4+41.1.1本征半导体空穴在电场作用下定向移动形成电流，实际上是共价键中的价电子在作填补空穴的移动，方向与空穴移动的方向相反。+4+4+4+41.1.1本征半导体本征半导体的载流子浓度，除与半导体材料本身的性质有关以外，还与温度密切相关，而且随着温度的升高，基本上按指数规律增加。因此，本征载流子的浓度对温度十分敏感。+4+4+4+4本征半导体特点本征激发产生成对电子和空穴。温度越高，电子空穴对的浓度越大。外部条件一定时，不断有本征激发产生新的电子和空穴，也不断有电子与空穴复合而消失，达到动态平

5、衡。室温下，电子、空穴对浓度较低，故电阻率大，导电性能差。1.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm3某种掺杂半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm31.1.2杂质半导体掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。为了尽量保持半导体的原有晶体结构，掺入的杂质主要是微量的价电子数较为接近的三价或五价元素。1.1.2杂质半导体N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。N型半导体因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围

6、四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。+4+4+4+4+5+4+4+4+4键外电子施主原子图1－4N型半导体共价键结构N型半导体在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。+4+4+4+4+5+4+4+4+4键外电子施主原子图1－4N型半导体共价键结构提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。P型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。+4+4+4+4+3+4+4+4+4图1－5P型半导体的共价键结构受主原

7、子空位P型半导体在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。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。+4+4+4+4+3+4+4+4+4图1－5P型半导体的共价键结构受主原子空位本节中的有关概念本征半导体、杂质半导体自由电子、空穴N型半导体、P型半导体多数载流子、少数载流子1.2PN结1.2.1异型半导体接触现象1.2.2PN结的单向导电特性1.2.3PN结的击穿特性1.2