《模拟电子技术基础》第一章课件

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1、模拟电子技术基础第1章常用半导体器件硅Si和锗Ge原子结构及简化模型(a)Si原子结构模型图(b)Ge原子结构模型图(c)简化模型图本征半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。通过特殊工艺，可使硅或锗材料形成晶体结构，每个原子与周围的4个原子以共价键的形式紧密结合着，并排列成整齐的晶格结构。价电子共价键单晶体中的共价键结构当温度T=0K时，半导体不导电，如同绝缘体。+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体中的自由电子和空穴自由电子空穴若T，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共

2、价键中留下一个空位——空穴。T自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。空穴和自由电子称为载流子。杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导体一、N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体(或称电子型半导体)。二、P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。自由电子浓度远大于空穴的浓度，即n>>p。电子称为多数载流子(简称多子)，空穴称为少数载流子(简称少子)。空穴浓度多于电子浓度，即p>>n。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4P型半导

3、体的晶体结构+3受主原子空穴PN结及其单向导电性PNPN结PN结的形成在一块半导体的一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。PN耗尽层空间电荷区PNPN结中载流子的运动1.扩散运动2.扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。——PN结，耗尽层。PN空间电荷区内电场UD阻挡层3.空间电荷区产生内电场空间电荷区正负离子之间电位差UD——电位壁垒；——内电场；内电场阻止多子的扩散——阻挡层。4.漂移运动内电场有利于少子运动—漂移。少子的运动与多子运动方向相反5.扩散与漂移的动态平衡扩散

4、运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。二、PN结的单向导电性1.PN外加正向电压又称正向偏置，简称正偏。外电场方向内电场方向空间电荷区VRI空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。PN在PN结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻R。2.PN结外加反向电压(反偏)空间电荷区PN外电场方向内电场方向VRIS反相偏置的PN结反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，随着温

5、度升高，IS将急剧增大。反向接法时，外电场与内电场方向一致，增强了内电场作用；外电场使空间电荷区变宽；不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流I；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。综上所述：当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。可见，PN结具有单向导电性。PN结的电容效应PN结的单向导电性，体现了PN结具有可变电阻的性质，即外加正向电压时，PN结呈现的电阻很小；外加反向电压时，PN结呈现的电阻很大。PN结除了表现有可

6、变电阻的特性外，它还具有可变电容的特性。PN结的电容由势垒电容和扩散电容两部分组成。1）势垒电容当PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将随之变化，既耗尽区的空间电荷量随外加电压而增加或减少。这种现象与电容器充放电过程类似，其空间电荷量的变化所等效的电容，称之为势垒电容，用Cb表示。2）扩散电容因多子扩散所引起的电容效应对应的等效电容称之为扩散电容，用Cd表示。PN结的总电容Cj为Cb与Cd之和，即：Cj=Cb+CdPN结正偏时，结电容以Cd为主，即Cj≈Cd，其值通常为几十~几百pF;PN结反偏时，结电容以Cb为主，即Cj≈Cb，其值通常为几~几十pF。在低频时

7、，常忽略Cj的影响，而在信号频率较高时，才考虑结电容的影响。1.在杂质半导体中多子的数量与------（a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与------（a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量------（a.减少、b.不变、c.增多）。4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是------，N型半导体中的电流主要是------。（a.电子电流、b.空穴电流）1.1什么是本征半导体?什么是杂质半导体?各有什么特征?1.2N型半导体是在本征半导体中掺入____价元素而形成，其多数载流子是______，少数裁流子是__

8、_____