模电课件第1章常用半导体器件

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1、模拟电子技术1.1半导体的基础知识与PN结1.2半导体二极管1.3晶体三极管1.4场效应管第一章常用半导体器件1主要内容：二极管三极管场效应管重点:掌握二极管的伏安特性；熟悉二极管电路的分析方法。掌握场效应管原理及特性。掌握三极管原理及输入输出伏安特性；熟悉三极管的三种工作状态及特点和条件。2§1.1半导体的基本知识与PN结导体、半导体和绝缘体导体自然界中很容易导电的物质。金属一般都是导体。绝缘体几乎不导电。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体导电特性处于导体和绝缘体之间的物质。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半

2、导体的导电特性: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改变。-------热敏性和光敏性-------掺杂性31.导体：电阻率<10-4·cm的物质。如铜、银、铝等金属材料。2.绝缘体：电阻率>109·cm物质。如橡胶、塑料等。3.半导体：导电性能介于导体和半导体之间的物质。大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si)和锗(Ge)。半导体导电性能是由其原子结构决定的。§1.1半导体的基本知识导体、半导体和绝缘体:硅(si)和锗(Ge)原子结构最外层有4个

3、价电子,称为“四价半导体”。41.1.1本征半导体现代电子学中，用得最多的半导体是硅(si)和锗(Ge)，它们的最外层电子（价电子）都是四个,称为“四价半导体”。GeSi完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。价电子51.1.1本征半导体完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。单晶体中的共价键结构共价键当温度T=0K时，共价键束缚的电子很难成为自由电子,半导体不导电，如同绝缘体。6自由电子价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价

4、键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。空穴这一现象称为本征激发或热激发。本征半导体的导电机理7热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对.游离的部分自由电子落入未饱和共价键，电子空穴成对消失，称为复合由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。8在外电场的作用下，空穴吸引临近的价电子来填补，这样的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，因此可以认为空穴也是载流子。半导体中有两种载流子：自由电子和空穴空穴的移动:问题:空

5、穴是载流子吗?9当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流:本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(1)自由电子作定向运动电子电流本征半导体的导电机理(2)价电子递补空穴空穴电流注意：温度愈高载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。101.1.2杂质半导体其原因是掺杂使半导体的某种载流子浓度大大增加。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（电子半导

6、体）——掺入五价杂质元素（如磷）使自由电子浓度大大增加的杂质半导体。P型半导体（空穴半导体）——掺入三价杂质元素（如硼）使空穴浓度大大增加的杂质半导体。11在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质的半导体，称为杂质半导体。1.1.2杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体(电子半导体)P型半导体(空穴半导体)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)。12N型半导体多余电子在常温下即可变为自由电子施主原子掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的

7、主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。失去一个电子变为不能移动的正离子在N型半导体中自由电子是多数载流子（简称多子），它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子（简称少子）,由热激发形成。1314二、P型半导体:掺入少量的3价杂质元素，如硼.空穴掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。受主原子接受一个电子变为不能移动的负离子在P型半导体中空穴是多数载流子（简称多子），它主要由杂质原子提供；自由电子是少数载流子（简称少子）,由热激发形成。153.杂质半导体的示意表示法P

8、型半导体N型半导体小结：1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。2.杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。16一.PN结的形成PN空间电荷区PN内电场方向扩散运动漂移运动空穴自由电子扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，便形成稳定的空间电荷区，这个空间电荷区就称为PN结。1.1.3PN结171.