模拟电路课件第一章 常用半导体器件.ppt

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1、第一章常用半导体器件1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3晶体三极管1.4场效应管1.1半导体基础知识3.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。常用的半导体材料是硅（Si）和锗（Ge）。1.1.1本征半导体一、半导体1.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。2.绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如惰性气体、橡胶、陶瓷、塑料和石英。半导体具有下列的重要特性：(1)热敏性:一些半导体对温度反应很灵敏,其电阻率随温度升高而明显下降,利用该特

2、性可制成各种热敏元件,如热敏电阻、温度传感器等。(2)光敏性:有些半导体的电阻率随光照增强而明显下降,利用这种特性可做成各种光敏元件,如光敏电阻和光电管等。(3)掺杂性:在纯净的半导体中掺入其它微量元素（如磷和硼）会使其电阻率下降，利用该性质可制成各种晶体管器件。共价键共用电子对纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体二、本征半导体本征半导体的共价键结构在绝对温度T=0K，且无外界激发时，价电子完全被共价键紧紧束缚，即没有可以自由移动的带电粒子（载流子）。因此本征半导体导电能力很弱。当温度升高或受到光照射，一些价电子获得足够能量，

3、挣脱共价键束缚，成为自由电子。自由电子产生同时，在其原共价键中留下一个空位，称为空穴。原子因失掉一个价电子而带正电，或者说空穴带正电。本征半导体中自由电子和空穴是成对出现的，即自由电子和空穴数目相等。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴这一现象称为本征激发。与本征激发相反现象——复合（自由电子在运动中与空穴结合）。在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。在外电场作用下，一方面，自由电子做定向运动形成电子电流；另一方面，价电子按一定方向填补空穴，即空穴也产生定向移动，形成空穴电流。三、本

4、征载流子浓度本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。载流子浓度升高，导电能力增强。本征载流子浓度：1.1.2杂质半导体为改善半导体导电性能，在本征半导体中掺入微量元素，掺杂后的半导体称为杂质半导体。按掺杂元素不同，分为P型半导体和N型半导体。一、N型半导体在纯净的硅（或锗）晶体中掺入五价元素（如磷），形成N型半导体。此类杂质称为施主杂质。N型半导体多余电子磷原子硅原子多数载流子——自由电子少数载流子——空穴N型半导体主要靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓

5、度就越高，导电性也越强。+4+4+4+4+4+4+4+4+5空位硼原子硅原子多数载流子——空穴少数载流子——自由电子在纯净的硅（或锗）晶体中掺入三价元素（如硼），形成P型半导体。此类杂质称为受主杂质。二、P型半导体P型半导体主要靠空穴导电，掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性也越强。+4+4+4+4+4+4+4+4+3杂质半导体的示意图++++++++++++N型半导体多子—电子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半导体多子—空穴少子—电子少子浓度——与温度有关多子浓度——与掺杂有关1.1.3PN结一、PN结的形成物

6、质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。扩散运动P区空穴浓度远高于N区。N区自由电子浓度远高于P区。扩散运动使靠近接触面P区空穴浓度降低、靠近接触面N区自由电子浓度降低，产生由N区指向P区内电场，阻止扩散运动进行。因电场作用所产生的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。漂移运动由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N区运动。——有利于少子的运动二、PN结的单向导电性(1)加正

7、向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区→耗尽层变窄→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成正向电流I外电场削弱内电场(2)加反向电压——电源正极接N区，负极接P区→耗尽层变宽→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成反向电流IS外电场加强内电场在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IS基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IS与温度有关。PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，PN结导通；PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。

8、根据理论分析：u：PN结两端的电压降i：流过PN结的电流IS：反向饱和电流UT=kT/q：温度电压当量其中k为玻耳兹曼常数1.38×10－23q为电子电荷量1.6×10－9T为热力学温度对于室温（相当T=300K）则有UT=26mV。当u>0u>>