计算机电路基础.doc

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1、一半导体二极管和三极管1导体、半导体和绝缘体1）导体容易导电的物质叫导体。如金属、酸碱盐的水溶液等。2）绝缘体几乎不传导电流的物质叫绝缘体。如橡胶、陶瓷、石英等。3）半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物质叫半导体。如錯、硅、碑化傢等。■光敏特性：半导体的导电能力在光照条件下发生显著变化■热敏特性：半导体的导电能力在温度变化时发生显著变化■掺杂特性：向半导体中加入杂质，其导电能力会显著增加2半导体的原子结构1）錯和硅的简化原子模型'、、、、■原子的最外层电子叫价电子。它/厂、''、、们受原子核的束缚力最小。硅和:（\錯的价电子数都是4个'、、/■图中的+4表示原

2、子核和内层电子、、、、，令一所组成的惯性核心2）硅和錯晶体的结构在硅和錯晶体中，相邻的两个原子各出一个价电子，构成共用电子对，共用电子对的轨道部分重叠，形成共价键共价键内的电子叫束缚电子，受两个原子核的束缚，不易脱离公共轨道。少数价电子获得一定动能后挣脱共价键束缚成为自由电子3本征半导体1）本征半导体完I全纯净的、结构完.整的半导体晶体叫本征半导体。■T二0和无外界激发时，本征半导体中没有载流子（可自由移动的电荷）。•••■室温下，部分价电子受热激发挣脱共价键的束缚，成为自由电子，同时在共价键中留下••••空位——空穴。这种现象叫本征激发••••••■本征半导体中

3、的自由电子和空穴是成对出现的2）两种载流子——自由电子和空穴空穴的出现使得共价键中的束缚电子也能参与导电，如下图所示。••••在外电场的作用下，束缚电子的定向迁移运动形成电流■X1处产生空穴■在外电场的作用下，X2处的束缚电子迁移到X1••••处，同时在X2处留下空穴■在外电场的作用下，X3处的束缚电子迁移到x2••••处，同时在X3处留下空穴■在上图中，束缚电子由X3—X2tX1的同时，空穴由X1->X2->X3o基于此，我们可以用空穴的运动来代替束缚电子的运动■为了便于分析，人们将空穴视为带一个单位正电荷的载流子，并用空穴运动产生的电流代替束缚电子移动产生的电

4、流■因此，半导体中有两种载流子——自由电子和空穴。这是导体和半导体的重要区别之4杂质半导体N型半导体（电子型）多子一电子（施主杂质原子释放和本征激发）杂质半导体少子一空穴（本征激发）P型半导体（空穴型）/多子一空穴（受主杂质原子产生和本征激发）少子一电子（本征激N型半导体共价键结构:P型半导体共价键结构I磷原子多余电子■施主杂质原子磷原子用4个价电子跟周围的硅原子形成共价键，多出的一个电子成为自由电子（生成该自由电子的同时并不产生空穴）；同时磷原子失去电子而成为正离子。■N型半导体中的载流子除了施主杂质原子释放的自由电子外，还包括本征激发产生的电子空穴对。但自由

5、电子的数目远大于空穴的数目:■受主杂质原子硼只有3个价:电子，跟周围的硅原子形成共:价縫时因缺少一个电子而产:生一个空穴（产生该空穴的同:时并不产生自由电子），当临:近的共价键上的电子来填补:此空穴时，硼原子因得电子而:成为负离子III:■P型半导体中的载流子除了:受主杂质原子产生的空穴外:夕卜，还包括本征激发产生的电:子空穴对。但其中空穴的数目:远大于自由电子的数目5PN结1）PN结的形成■N型半导体中的施主杂质电离为带负电的电子和带正电的施主离子；P型半导体中的受主杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子■由于浓度差（P区中空穴多自由电子少；N区中自由电子多空

6、穴少），P区空穴向N区扩散，N区电子向P区中扩散，空穴和自由电子相遇复合，载流子消失，在界面附近留下带电但不能移动的杂质离子，谓之空间电荷区。即PN结（因其中的载流子消耗殆尽,••••••••也称之为耗尽层）•••■空间电荷区形成的电场叫内电场；多子扩散使空间电荷区加宽，内电场加强；内电场阻•••挡多子扩散，但有利于少子漂移；少子漂移使空间电荷区变窄，内电场削弱；它们之间的关系如下图加强促使多子扩散Q二内电场匚兰少子漂移阻挡削弱■当多子扩散和少子漂移相等时，PN结便处于平衡状态P型区—►—空间电荷—►—N型区!受主杂质离子㊀O㊀o【㊀©o㊀。］㊀㊀。QJ㊀㊉;•©

7、•㊉IW:eWeW㊉:•㊉•㊉施主杂质离子接触电位差电子势能2）PN结的单向导电性■平衡时，扩散电流等于反向漂移电流■当外加正向电压时（P区接正，N区接负），多子向PN结移动，中和一部分杂质离子,使PN结变窄，势垒降低，多子扩散远大于少子漂移，在外电路上形成正向电流If；此时阻扌当层中载流子数目多，结电阻小■当外加反向电压时（P区接负，N区接正），多子离开PN结，使PN结变宽，势垒增加，多子扩散几近于0,但有利于少子漂移，在外电路上形成反向电流；由于少子的浓度很低，故Ir很小（微安级）◊外加正向电压时，结电场由E。减小到E°・Ef；电子势能由・q减为V。减为Vq-

8、Vf◊外加