南邮模电课件-第1章--晶体二极管及其基本电路.ppt

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1、第0章绪论电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术两大分支，缺一不可。1一、什么是电子技术？其发展概况如何？2、发展概况：1）真空管或电子管时代…2）晶体管时代…3）集成电路时代…4）超导材料、纳米材料…（纳米电子学为十大科技之首）1、定义：又名电子学，它是一门研究各种电子器件、电子电路及其应用的学科。是当代发展最迅速的学科之一。21、掌握各种功能电路的组成原理及其性能特点，具有集成器件应用的设计能力。2、掌握电子技术的基本概念、基本知识、基本分析方法（“三基”），为后续课程打好基础。3、培养三个能力：综合应用能力，创新能力和电子电路的分析、设计能力

2、。4、研究内容是电子器件（包括组件）、基本电子电路及其构成的应用系统。5、器件电路应用系统二、本课程的任务、研究内容3电子技术基础是一门技术基础课，应有工程的观点，采用工程近似的方法简化实际问题。接近工程实际，认真对待模拟电子技术实验课程，巩固理论知识，掌握基本实验技能。三、课程的特点与学习方法4第1章半导体二极管及其基本电路1―1半导体物理基础知识1―2PN结1―3半导体二极管及其基本电路1―4特殊二极管51―1半导体物理基础知识1.半导体材料：主要是硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)等。它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，并且会

3、随温度、光照或掺入某些杂质而发生显著变化。按导电性能的不同，物质可分为：导体绝缘体半导体6图1―1原子的简化模型2.半导体的原子结构：7纯净的单晶半导体称为本征半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。在本征硅和锗的单晶中，原子按一定间隔排列成有规律的空间点阵(称为晶格)。四个价电子与相邻的四个原子中的价电子分别组成四对共价键，依靠共价键使晶体中的原子紧密地结合在一起。共价键中的电子，由于受到其原子核的吸引，是不能在晶体中自由移动的，所以是束缚电子，不能参与导电。8图1―2

4、单晶硅和锗的共价键结构示意图9一、半导体中的载流子——自由电子和空穴在常温下，或者受到光照时，半导体中将同时激发出两种载流子——自由电子（带单位负电荷）和空穴（带单位正电荷），它们总是成对地出现，通常称之为电子空穴对。如图1-3本征半导体受外界能量（热、电、光等能量）激发，同时产生电子、空穴对的过程称为本征激发。二、本征载流子浓度1．复合：在本征半导体中，由于本征激发，不断产生电子、空穴对，使载流子密度增加。与此同时，又会有相反的过程发生。由于正负电荷相吸引，电子会填入空穴成为价电子，同时释放出相应的能量，从而消失一对电子、空穴，这一过程称为复合。

5、10图1―3本征激发产生电子和空穴动画112．载流子浓度：载流子浓度越大，复合的机会就越多。在一定温度下，当没有其它能量存在时，电子、空穴对的产生与复合最终达到一种热平衡状态，使本征半导体中载流子的浓度一定。理论分析表明，本征载流子的浓度为：(1―1)式中ni,pi分别表示电子和空穴的浓度(cm–3)；T为热力学温度(K)；EG0为T=0K时的禁带宽度(硅为1.21eV,锗为0.78eV)；k为玻尔兹曼常数(8.63×10–6V/K)；A0是与半导体材料有关的常数(硅为3.87×1016cm-3·K-3/2，锗为1.76×1016cm-3·K-3/

6、2)。123.结论：本征半导体的导电能力是很弱的；本征载流子浓度随温度升高近似按指数规律增大（由式1-1可知），所以其导电性能对温度的变化很敏感。1―1―2杂质半导体在本征半导体中，有选择地掺入少量其它元素，会使其导电性能发生显著变化。这些少量元素统称为杂质。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，有N型半导体和P型半导体两种。13一、N型半导体在本征硅(或锗)中掺入少量的五价元素，如磷、砷、锑等，就得到N型半导体。这时，杂质原子替代了晶格中的某些硅原子，它的四个价电子和周围四个硅原子组成共价键，而多出一个价电子只能位于共价键之外

7、，如图1―4所示。这种杂质原子能“施舍”出一个电子，所以称为施主原子（杂质）。在N型半导体中，电子浓度远大于空穴浓度。故称电子为多数载流子，简称多子；而空穴称为少数载流子，简称少子。因此N型半导体主要靠电子导电，所以也称为电子型半导体。14图1―4N型半导体原子结构示意图15二、P型半导体在本征硅(或锗)中掺入少量的三价元素，如硼、铝、铟等，就得到P型半导体。这时杂质原子替代了晶格中的某些硅原子，它的三个价电子和相邻的四个硅原子组成共价键时，只有三个共价键是完整的，第四个共价键因缺少一个价电子而出现一个空位，如图1--5所示。这种杂质能接受价电子

8、，所以称为受主原子（杂质）在P型半导体中，空穴浓度远大于电子浓度。故称空穴为多数载流子，简称多子；而电子称为少数载流子，简