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时间:2020-08-27
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1、第一章半导体二极管及其基本电路模拟电子技术基础1实际二极管的照片电路符号2导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是导体。绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。§1.1半导体的基本知识3半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点。例如:当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使它的导电能力明显改变。4现代电子学中,用的最多的半导体是硅(+14)和锗(+32),它们的最外层电子(
2、价电子)都是四个。GeSi通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。半导体的共价键结构5一、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:1.1.1本征半导体、空穴及其导电作用6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7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
3、导电能力很弱。形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,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+48二、本征半导体的激发和复合在绝对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9+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子102.本征半导体的导电机理+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
4、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。11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。12三、热平衡载流子浓度A是常数(硅3.88X1016cm–3K-3/2锗1.76X1016cm–3K-3/2)K为波尔兹曼常数8.63x10-5eV/K=1.38X10-23J/K硅原子的浓
5、度为4.96X1022CM-3300K硅的ni=1.5X1010CM-3131.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体:空穴浓度大大增加的杂质半导体,也称为(空穴半导体)。N型半导体:自由电子浓度大大增加的杂质半导体,也称为(电子半导体)。14一、N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷(或锑),晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代,磷原子的最外层有五个价电子,其中四个与相邻的半导体原子形成共价键,必定多出一个电子,这个电子几乎不受束缚,很容易被激发而成为自由电子,这样
6、磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子,称为施主原子。15+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体中的载流子是什么?1.由施主原子提供的电子,浓度与施主原子相同。2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以,自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少子)。16二、P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素,如硼(或铟),晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代,硼原子的最外层有三个价电子,与相邻的半导体原子形成共价键时,产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补,使得硼原子成为不能
7、移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子,所以称为受主原子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半导体中空穴是多子,电子是少子。17三、多子和少子的热平衡浓度热平衡条件;电中性条件;正电荷量=负电荷量室温时,杂质原子已经全部电离18四、杂质半导体的示意表示法------------------------P型半导体(Na)++++++++++++++++++++++++N型半导体(Nd)杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系,起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。191.1.3导电的机理一
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