模拟电子技术第2章

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1、2半导体二极管及应用电路第二章半导体二极管及应用电路2.1.1半导体材料其导电能力介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等。以及掺杂或制成其它化合物半导体的材料。半导体具有某些特殊性质：如压敏热敏及掺杂特性，导电能力改变。2.1半导体基础知识第二章半导体二极管及应用电路2.1.2本征半导体，空穴及其导电作用1.本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。第二章半导体二极管及

2、应用电路本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：第二章半导体二极管及应用电路硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子第二章半导体二极管及应用电路共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电

3、子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4第二章半导体二极管及应用电路2.本征半导体的导电原理在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。（1）载流子、自由电子和空穴第二章半导体二极管及应用电路+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子第二章半导体二极管及应用电路（2）本征半导体的导电原理+4+

4、4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。第二章半导体二极管及应用电路温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。第二章半导体二极管及应用电路2.1.4杂质半导体（1）N型半导体在本征Si和Ge中掺入微

5、量V族元素后形成的杂质半导体称为N型半导体。所掺入V族元素称为施主杂质，简称施主（能供给自由电子）。杂质半导体：在本征半导体中人为掺入某种“杂质”元素形成的半导体。分为N型半导体和P型半导体。第二章半导体二极管及应用电路（2）P型半导体：在本征Si和Ge中掺入微量Ⅲ族元素后形成的杂质半导体称为N型半导体。所掺入Ⅲ族元素称为受主杂质，简称受主（能供给自由电子）。下图所示（图2-2）P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子。第二章半导体二极管及应用电路少量掺杂，平衡状态下：ni2=n0·p0其中，ni为本征浓度，n0为自由电子浓度，p0为空穴浓度温度增加

6、，本征激发加剧，但本征激发产生的多子远小杂质电离产生的多子。★半导体工作机理：杂质是电特性。★Si半导体比Ge半导体有更高的温度。因为同温度时，Si半导体比Ge半导体本征激发弱，更高的温度Si半导体才会失去杂质导电特性。（3）杂质半导体的载流子浓度：第二章半导体二极管及应用电路2.2PN结的形成及特性★PN结：将P型和N型半导体采用特殊工艺制造成半导体半导体内有一物理界面，界面附近形成一个极薄的特殊区域，称为PN结。▼内建电场：由N区指向P区的电场E。阻止两区多子的扩散。电场E产生的两区少子越结漂移电流将部分抵消因浓度差产生的使两区多子越结的扩散电流

7、。扩散进一步进行，空间电荷区内的暴露离子数增多，电场E增强，漂移电流增大，当扩散电流=漂移电流时，达到平衡状态，形成PN结。无净电流流过PN结。2.2.1PN结的形成第二章半导体二极管及应用电路第二章半导体二极管及应用电路PN结形成过程分解：第二章半导体二极管及应用电路2.2.2PN结的单向导电特性无外接电压的PN结→开路PN结，平衡状态PN结PN结外加电压时→外电路产生电流1.正向偏置（简称正偏）PN结PN结外加直流电压V：P区接高电位（正电位），N区接低电位（负电位）→正偏→正向电流第二章半导体二极管及应用电路第二章半导体二极管及应用电路－－－－

8、++++REPN结正向偏置内电场外电场变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。第二章