[工学]模拟电子线路_第1章_半导体器件

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1、模拟电子技术教材：《模拟电子线路》（张友纯，华中科技大学出版社)参考书：《电子技术基础》(模拟部分4、5版)(康华光，高等教育出版社)《模拟电子技术基础》(第三版）(童诗白华成英，高等教育出版社)《电子线路》（线性部分第四版）（谢嘉奎高等教育出版社)1半导体器件1.1半导体的基本知识1.5场效应管1.4晶体三极管1.3特殊二极管1.2PN结与半导体二极管1.6集成运算放大器1.1半导体的基本知识1.1.1半导体材料1.1.2半导体的共价键结构1.1.3本征半导体1.1.4杂质半导体1.1.1半导

2、体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体：很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体(电阻率<10-3Ω·cm)。绝缘体：几乎不导电的物质称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英（电阻率>108Ω·cm的为绝缘体）。半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半导体的导电特性在外界某种因素作用下会发生显著变化。具体表现在以下三个方面：：2、热敏性温度的变化可以使其电阻率发生明显的变化，人们利用这种特性可以做成各种热敏

3、元件，如热敏电阻、温度传感器等。1、掺杂性：半导体因掺入微量的杂质其电阻率发生显著的变化，人们正是利用这种特性来改变和控制半导体的电阻率，制成各种半导体器件。3、光敏性在光照下，一些半导体的电阻率可以发生明显变化，有的甚至可以产生电动势，人们利用这种特性可以做成各种光电晶体管、光电耦合器和光电池。1.1.2半导体的共价键结构硅晶体的空间排列1.1.2半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构1.1.3本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。空穴——共价

4、键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。本征半导体的结构特点GeSi（完全纯净的、结构完整的半导体晶体）硅和锗的晶体结构硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子本征半导体的导电机理

5、(1)两种载流子---自由电子、空穴空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。1.1.4杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。1.N型半导体因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在N型半导

6、体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。+4+4+5+4多余电子磷原子在硅或锗的晶体中掺入微量的五价元素（P）。1、由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。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。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。N型半导体2.P型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成共

7、价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。P型半导体P型半导体中空穴是多子，电子是少子。+4+4+3+4空穴硼原子在硅或锗的晶体中掺入微量的三价元素（B）。杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一

8、些典型的数据如下:T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm33以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm33.杂质对半导体导电性的影响本征半导体、杂质半导体本节中的有关概念end自由电子、空穴N型半导体、P型半导体多数载流子、少数载流子施主杂质、受主杂质1.2PN结与晶体二极管1.2.1PN结的形成1.2.2PN结的单向导电性1.2.3PN结的反向击穿1.2.