电工电子学 第2版 教学课件 作者 林小玲第1章 电路和电路元件 下 .ppt

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1、第1章电路和电路元件(电子器件）上海大学自动化系林小玲§1.4电子器件§1.4.1半导体的导电特性§1.4.2杂质半导体§1.4.3PN结及其单向导电性第1章电路和电路元件§1.4.4半导体二极管§1.4.5双极型晶体管§1.4.6绝缘栅型场效应晶体管§1.4.7半导体光电器件电子器件——主要由半导体器件组合构成§1.4电子器件半导体器件——体积小、重量轻、使用寿命长、耗电少了解半导体器件是学习电子技术的基础。1.4.1半导体物理基础知识导体-电阻率低，有良好的导电能力（如：铜、铝等金属）绝缘体-电阻率大于1014Ω，基本上不能导电，（如：玻璃、陶瓷等）半导体的导电性能介于导体和

2、绝缘体之间，（如：硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等）铜导线(左上)、玻璃绝缘体(左下)和硅晶体(上)半导体材料的特性热敏特性：导电能力对温度变化反应灵敏，可以制成各种半导体热敏元件。光敏特性：导电能力对光照敏感，光照可使半导体的电阻率显著减小，可以制成各种光敏元件。掺杂特性：纯净的半导体中加入微量杂质，其电阻率会发生很大变化，导电能力可增加几十万乃至几百万倍。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。SiSiSiSi价电子1.4.1半导体物理基础知识-本征半导体动画SiSiSiSi价

3、电子价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。本征半导体的导电机理当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流(1)自由电子作定向运动电子电流(2)价电子递补空穴空穴电流注意：(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体

4、的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。几个概念（1）本征激发：当本征半导体的温度升高或受到光照时，某些共价键中的价电子从外界获得能量而挣脱共价键的束缚，离开原子而成为自由电子的同时，在共价键中会留下数量相同的空位子→空穴。这种现象称为本征激发。本征激发形成:电子-空穴对（2）自由电子：价电子获得外部能量后挣脱共价键的束缚成为自由电子，带负电荷。（3）空穴：价电子成为自由电子后在共价键中留下的空位，带正电荷。（4）电

5、子-空穴对：本征激发形成电子-空穴对。（5）漂移电流：自由电子在电场作用下定向运动形成的电流称为漂移电流。（6）空穴电流：空穴在电场作用下定向运动形成的电流称为空穴电流。因为相对于电子电流，价电子填补空穴的运动相当于带正电荷的空穴在与价电子运动相反的方向运动，因而空穴相对来说带正电荷，故其运动形成空穴电流。（7）复合：自由电子在热运动过程中和空穴相遇而释放能量，造成电子-空穴对消失，这一过程称为复合。在半导体中存在两种载流子（运动电荷的载体）即：自由电子→→带负电；空穴→→带正电。在电场作用下，电子的运动将形成电子电流，而空穴的运动则形成空穴电流，在同一电场作用下，两种载流子的运

6、动方向相反，但因为它们所带的电荷极性也相反，所以两种电流的实际方向是相同的。电子电流与空穴电流的总和即半导体中的电流。本征半导体导电特性小结在绝对零度时不导电温度↑——价电子获能量自由电子空穴→本征激发自由电子，空穴——载流子温度↑——载流子浓度↑——导电能力↑自由电子释放能量跳回共价键——复合杂质半导体：掺杂后的半导体+4+4+4+4+3+4+4+4+4空穴§1.4.2半导体物理基础知识-杂质半导体1、P型半导体形成：向本征半导体中渗入少量的3价元素特点：（1）含有大量的空穴——空穴是多数载流子（2）含有少量的电子——电子是少数载流子掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导

7、体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。掺入三价元素SiSiSiSi在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴2、N型半导体形成：向本征半导体中渗入少量的5价元素特点：（1）含有大量的电子——电子是多数载流子（2）含有少量的空穴——空穴是少数载流子+4+4+4+4+5+4+4+4+4自由电子掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺入五价元素SiSiSiSip+多余电子