模拟电子技术课件-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1.2半导体二极管1.1半导体基础知识1.4场效应管1.3晶体三极管1.5本章小结返回模拟电子技术基础第1章半导体基础知识模拟电子技术基础第1章半导体基础知识第一章常用半导体器件重点：从使用的角度出发掌握半导体二极管、晶体管和场效应管的外部特性和主要参数。§1.1半导体基础知识半导体器件是近代电子学的重要组成部分，由于半导体器件具有体积小，重量轻，耗电少，寿命长，工作可靠等突出优点而得到广泛的应用。特别是集成电路的出现使电子装置在微型化和可靠方面向前推进了一大步。模拟电子技术基础第1章半导体基础知识在研究

2、半导体的特性和电路之前，我们先对半导体的基础知识作一简要的复习。★1.1.1本征半导体一、半导体的晶体结构和共价键⒈导体、绝缘体和半导体导体：容易传导电流的物质。(铜，铝等)电阻率ρ：10-6—10-8Ωm绝缘体：几乎不传导电流的物质(橡皮，陶瓷，塑料等)。模拟电子技术基础第1章半导体基础知识电阻率ρ：1012—1016Ωm很大。半导体：导电能力介于导体、绝缘体两者之间，常用的硅：Si、锗：Ge。⒉半导体的晶体结构和共价键大家过去学过原子结构，Si和Ge最外层电子是4个，物质的化学性质是由价电子决定的，导电性能也与价电子有关

3、。为了突出价电子的作用，便于讨论，我们采用如下图所示的简化原子结构模型，图中+4代表原子核和内层电子所具有的电荷。模拟电子技术基础第1章半导体基础知识量子力学通过研究发现，最外层8个电子为满层结构（最稳定）。9个它放不下，7个它可以再向外要一个，1个很容易丢。在硅或锗的单晶体结构中，原子在空间排列成很规律的空间点阵（称为晶格）。由于晶体中原子之间的距离很近，价电子不仅受到所属原子核的作用，而且还受到相邻原子核的吸引，使得一个价电子为相邻原子核所共有，形成共价键。共有：一会儿绕着我转，一会儿绕着它转。模拟电子技术基础第1章半导

4、体基础知识⒊本征半导体：完全纯净，结构完整的半导体晶体。纯净：晶体中只有Si一种原子。结构完整：结构为四面体没有缺陷。本征半导体的晶体结构如图1.1.1所示。图1.1.1本征半导体结构示意图无杂质稳定的结构模拟电子技术基础第1章半导体基础知识半导体晶体中的共价键具有很强的结合力，在热学零度(-273.16℃)时，价电子没有能力脱离共价键的束缚，晶体中没有自由电子，半导体是不能导电的。当高于绝对零度(00K)，如室温下(27℃=3000K)，少数价电子因热激发而获得足够的能量，因而能脱离共价键的束缚成为自由电子，同时在原来的共

5、价键中留下一个空位，称为“空穴”，如图1.1.2所示。二、本征半导体中的载流子载流子：能运载电荷的粒子。模拟电子技术基础第1章半导体基础知识图1.1.2本征半导体中的自由电子和空穴蹦出多少自由电子，就有多少空穴。自由电子在电场的作用下，定向移动形成的电流称为漂移电流。由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴共价键载流子模拟电子技术基础第1章半导体基础知识这种由于自由电子的存在引起的导电性称为半导体的电子导电性。两种载流子：自由电子(带负电荷)，空穴(带正电

6、荷)。在电场的作用下，电子形成电子电流，空穴形成空穴电流。虽然两种载流子的运动方向相反，但因它们所带的电荷极性也相反，所以两种电流的实际方向是相同的，它们的和即是半导体中的电流。导体导电靠自由电子。模拟电子技术基础第1章半导体基础知识半导体导电靠自由电子和空穴，这就是半导体的导电机构，也是半导体的特殊性质。三、本征载流子的浓度半导体在热（或光照等）作用下产生电子、空穴对，这种现象称为本征激发。在运动中,电子如果“跳进”空穴,重新被共价键束缚起来，电子和空穴就会成对消失，这种现象称为复合。一定的温度下，电子、空穴对的产生和复合

7、都在不停地进行，最终处于一种平衡状态，模拟电子技术基础第1章半导体基础知识使半导体中载流子的浓度一定。本征载流子的浓度为：ni、pi分别表示电子和空穴的浓度(个/cm3)。下标i表示相应的本征载流子浓度。T为热力学温度(K)；k1为玻耳兹曼常数(8.63×10-5ev/k)；EGO为热力学零度时破坏共价键所需要的能量,又称为禁带宽度,k1是与半导体材料有关的常数。模拟电子技术基础第1章半导体基础知识在一般使用温度范围内,本征载流子浓度随温度升高近似按指数关系增加,因此半导体的导电性能对温度很敏感。本征半导体的特点:自由电子数

8、=空穴数。温度越高,数量越多。★1.1.2杂质半导体本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子,但由于数量极少,导电能力很低。如果在其中掺入微量的杂质(某种元素)就会使半导体的导电性能发生显著变化。模拟电子技术基础第1章半导体基础知识一、N型半导体本征半导体内掺入五价元素(磷,锑)后,杂质原