模电(第1章--常用半导体器件).ppt

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1、第1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1.5单结晶体管和晶闸管1.6集成电路中的元件1.7Multisim应用举例—二极管特性的研究1.1半导体基础知识本节的内容：1、半导体材料的原子结构。2、半导体材料中的载流子。3、本征激发与复合，本征激发与温度的关系。4、N型半导体所掺入杂质，多数载流子（简称多子），少数载流子（简称少子）。5、P型半导体所掺入杂质，多子，少子。6、扩散运动和漂移运动。7、PN结的形成过程。8、对称PN结和不对称PN结。9、PN结的正向偏置（简称正偏）和反

2、向偏置（简称反偏）。10、PN结的导电特性。11、PN结宽度与外加电压的关系。12、PN结的电流方程。13、PN结的伏安特性。14、PN结的击穿。15、PN结的电容效应。1.1.1本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。半导体具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。常用的半导体材料是硅（Si）和锗（Ge），它们均为四价元素。Si+4惯性核+4+4+4+4+4共价键共价键较为牢固，使原子规则排列，形成晶体。价电子在常温下，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。+4+4+4+4束缚电子同时共

3、价键上留下一个空位，称为空穴。自由电子空穴原子因失去电子而成为带正电的离子。+4+4+4+4自由电子和空穴是成对出现的。自由电子空穴在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，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带正电的粒子。若在本征半导体两端外加一电场，则一方面自由电子将产生定向移动，形成电子电流；另一方面，由于空穴的存在，价电子将按一定的方向依次填补空穴，使空穴定向移动，形成空穴电流。本征半导体中的电流是电子电流和空穴电流之和。参与导电的带电粒子称为载流子。半导体中有自由电子和空穴两种载

4、流子。本征半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发。自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。在一定温度下，本征激发所产生的自由电子和空穴对，与复合的自由电子和空穴对数目相等，达到动态平衡。即在一定温度下，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高或有光照时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也增多，即载流子的浓度升高，导电能力增强。T为热力学温度。本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切相关。1.1.2杂质半导体一、N型半导体

5、+4+4+4+4+5磷原子自由电子自由电子的浓度大于空穴的浓度。自由电子为多数载流子，简称多子；空穴为少数载流子，简称少子。施主原子变为正离子二、P型半导体+4+4+3+4空穴硼原子受主原子多子：空穴少子：自由电子。多子的浓度约等于所掺杂质原子的浓度，几乎与温度无关；少子对温度非常敏感。杂质半导体还是电中性。变为负离子1.1.3PN结一、PN结的形成扩散运动：由于浓度差而产生的运动。漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动。P型半导体N型半导体扩散运动界面两侧留下不能移动的正负离子内电场漂移运动随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽

6、，内电场增强。内电场阻碍多子的扩散，而有利于少子的漂移最终扩散和漂移这一对相反的运动达到平衡，形成具有一定宽度的PN结。无外电场时PN结两侧有电位差Uho，但PN结中的电流为零。正负离子区称为PN结，也称为空间电荷区，也称耗尽层。当P区和N区的杂质浓度相等时，正负离子区的宽度也相等，称为对称PN结。当P区和N区的杂质浓度不相等时，浓度高一侧的离子区宽度小于浓度低的一侧，称为不对称PN结。二、PN结的单向导电性1、PN结外加正向电压时处于导通状态PN结加正向电压、处于正向偏置（简称正偏）：PN结的P区电位高于N区，即UP＞UN。

7、PN结内电场+V-R（限流电阻）外电场PN结内电场减弱，外电场将多子推向PN结，PN结变窄，扩散运动加强，漂移运动减弱。在电源作用下，扩散运动将源源不断地进行，从而形成较大的正向电流，PN结导通。2、PN结外加反向电压时处于截止状态PN结加反向电压、处于反向偏置（简称反偏）：PN结的P区电位低于N区，即UP＜UN。PN结内电场-V+R（限流电阻）外电场PN结内电场加强，阻止扩散运动的进行、而漂移运动加剧，形成反向电流；空间电荷区变宽。但少子的数目极少，即使所有少子都参与漂移运动，反向电流也非常小，认为PN结加反向电压时处于截止

8、状态。PN结具有单向导电性。三、PN结的电流方程PN结所加端电压u与流过它的电流i的关系为反向饱和电流电子的电量玻尔兹曼常数热力学温度UT=kT/q。常温下，即T=300K时，UT≈26mV。四、PN结的伏安特性i与u的关系曲线称为伏安特性。1、PN结正偏，且u＞＞UT时，即