模电第一章：半导体器件

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1、第一章半导体器件§1.1半导体的基本知识§1.2PN结§1.3晶体二极管§1.4半导体三极管§1.5场效应晶体管1绪论模拟信号的特点：在时间上和幅值上都是连续的，并且，在一定动态范围内可以取得任意值。模拟电路：处理模拟信号的电子电路2§1.1半导体的基本知识半导体基本知识导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。半导体的特点：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增加。3§1.1.1本征半导体一、本征半导体的结构特点GeSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。4硅和锗

2、的共价键结构共价键共用电子对+4表示除去价电子后的原子5二、本征半导体的导电机理在绝对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，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、自由电子和空穴这一现象称为本征激发，也称热激发。62.本征半导体的导电机理+4+4+4+4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。7因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子

3、同时也可能回到空穴中去，称为复合，如图所示。本征激发和复合在一定温度下会达到一种动态平衡状态。本征激发和复合的过程三、本征半导体中载流子的浓度8§1.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，因掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加,所以半导体的导电性能发生显著变化。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）。9+4+4+5+4多余电子施主原子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。因此自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。

4、一、N型半导体10二、P型半导体+4+4+3+4空穴受主原子掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，空穴浓度远大于自由电子浓度。因此空穴称为多数载流子（多子），自由电子称为少数载流子（少子）。11三、杂质半导体的浓度（N型半导体）（P型半导体）12§1.2PN结1－2－1PN结的形成将半导体一侧参杂成P型，另一侧参杂成N型，经过载流子的扩散和漂移运动，在它们的交界面处就形成了PN结。漂移运动：载流子在电场作用下形成的定向运动扩散运动：载流子从浓度高的地方向浓度低的地方运动13P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体+++++++++++

5、+++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。14－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空间电荷区N型区P型区电位VV0151、空间电荷区中没有载流子。2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3、P区中的电子和N区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意:16－－－－++++RE1、PN结正向偏置内电场外电场变薄P

6、N+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。1-2-2PN结的单向导电性172、PN结反向偏置－－－－++++内电场外电场变厚NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。RE18PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。结论：PN结具有单向导电性。结论：193PN结伏安特性其中IS——反向饱和电流VT——温度的电压当量且在常温下（T=300K）201-2-3、PN结的温度特性正向特性：反向特性：TIVTISIIS的作用远大于VTI21

7、1-2-4PN结的反向击穿根据击穿机理分类：雪崩击穿条件：低掺杂、高齐纳击穿条件：高掺杂，PN结的击穿特性反压低反压时就会发生22－－－－－++++++++++++空间电荷区N型区P+型区电位VV0－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－非对称结空间电荷区伸向低掺杂的一侧23+雪崩击穿:内电场外电场NP_RE－－－－－－－－++++++++空间电荷区N型区P型区++++++++－－－－－－－－在空间电荷区产生碰撞电离，有大量载流子参与导电24+齐纳击穿:内电场外电场NP_RE空间电荷区N型区P型区－－－－－－－－－－－－－－－－