模拟电子技术与实训 教学课件 作者 罗厚军第1章　半导体器件最新.ppt

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1、第1章　半导体器件1.1　半导体基础知识1.2　二极管1.3　晶体管1.4　场效应晶体管1.5　半导体器件技能训练1.1　半导体基础知识1.1半导体基础知识1.1.1　半导体特点1.物质的导电性导电性能介于导体和绝缘体之间的物质叫半导体。自然界的物体根据其导电性能的强弱可分为导体、绝缘体和半导体三大类。导体如铜、铁、银等金属材料，导体导电能力很强，电阻率一般小于10-4Ω/cm。绝缘体如塑料、橡胶、陶瓷、云母等材料，导电能力很差，电阻率一般大于1010Ω/cm。半导体如硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）及其一些氧化物和硫化物等，电阻率在10-3~109Ω/cm的范

2、围内。常用的半导体材料有硅和锗，硅原子和锗原子的电子数分别是14和32，所以它们最外层的电子都是四个，是四价元素。它们的原子结构简化模型如图1-1所示。图1-1　硅和锗的原子结构简化模型1.1　半导体基础知识1.1　半导体基础知识图1-2　硅和锗的晶体结构每个原子的4个价电子不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相邻的4个原子发生联系，相邻的原子就被共有的价电子联系在一起,称为共价键结构。如图1-2所示。1.1　半导体基础知识图1-3　热激发产生的自由电子与空穴2.本征半导体纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体晶体称为本征半导体。当温度逐渐升高或有一定强度的光照时，

3、晶体中少量的价电子因热激发获得了足够的能量，可以挣脱共价健的束缚而成为带负电荷的自由电子，同时在原来的共价键位置上留下一个相当于带有正电荷的空穴，如图1-3。1.1　半导体基础知识3.杂质半导体图1-4　N型半导体的形成及结构示意图⑴N型半导体在本征半导体硅或锗中掺入微量的五价磷元素，可使自由电子的浓度大大增加，自由电子成为多数载流子，简称多子，空穴成为少数载流子，简称少子，由于主要靠电子导电，故称为电子型半导体，简称N型半导体。1.1　半导体基础知识在本征半导体硅或锗中掺入微量的三价硼元素,则空穴的浓度大大增加，空穴成为多子,而自由电子为少子。这种以空穴导电为主的半导体

4、称为P型半导体。图1-5　P型半导体的形成及结构示意图(2)P型半导体1.1　半导体基础知识1.1.2　PN结单向导电性在一块本征半导体上通过某种掺杂工艺把P型半导体和N型半导体结合起来，则在它们的交界处就会形成一个具有特殊性质的薄层，称为PN结。1.PN结的形成P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于该两种半导体多子不同，其交界面两侧的电子和空穴存在浓度差，会出现多数载流子电子和空穴的扩散运动。N区内自由电子多、空穴少，而P区内空穴多、自由电子少。这样，自由电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度底的区域扩散，如图1-6a所示。1.1　半导体基础知识扩散的结果是在N区留下带正

5、电的离子，而P区留下带负电的离子，它们集中在交界面两侧形成一个很薄的空间电荷区，也就是PN结，如图1-6b所示。在这个区域内自由电子和空穴成对消失而复合，它们相互耗尽了，没有载流子，空间电荷区又称为耗尽层。b图1-6　PN结的形成a1.1　半导体基础知识图1-7　漂移运动在空间电荷区内，靠N区一侧带正电，靠P区一侧带负电，因此产生一个由N区指向P区的内电场。该电场有两方面的作用：一方面阻挡多数载流子的扩散运动，空间电荷区又称为阻挡层；另一方面使N区的少数载流子空穴向P区漂移，使P区的少数载流子自由电子向N区漂移。少数载流子在内电场作用下有规则的运动叫做漂移运动。1.1　半

6、导体基础知识2.PN结的单向导电特性(1)外加正偏电压时PN结导通　将PN结的P区接高电位(如电源的正极)，N区接低电位(如电源的负极)，称为给PN结加正向偏置电压，简称正偏，如图1-8a所示。在正向偏置下，PN结对外电路呈现较小的电阻（理想情况下电阻为零，可以看成是短路情况），因此称PN结处在导通状态。图1-8　PN结的单向导电性1.1　半导体基础知识(2)外加反偏电压时PN结截止　将PN结的P区接低电位(如电源的负极)，N区接高电位(如电源的正极)，称为给PN结加反向偏置电压，简称反偏，如图1-8b所示。在反向偏置下，PN结对外电路显现很大的电阻（理想情况下电阻为无穷

7、大，可以看成是开路情况），因此称PN结处在截止状态。图1-8　PN结的单向导电性PN结正向偏置时导通，形成较大的正向电流；PN结反向偏置时截止，反向电流近似为零。因此，PN结具有单向导电性。1.2　二极管1.2二极管1.2.1　二极管的结构半导体二极管，实质上是由一个PN结加上电极引线及外壳封装制成。图1-9　二极管的结构、外形与符号1.2　二极管1.2.2　二极管的伏安特性和近似模型二极管的伏安特性也就是PN结的伏安特性。1、正向特性死区电压（硅管约为0.5V：锗管约为0.1V）硅管导通压降约为0.6～0.8V,锗管导通压降