模拟电子技术基础教学课件 作者 王晓兰 电子课件 第1章.ppt

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1、共99页第1页第1章半导体二极管及其应用电路1.1半导体基础知识1.2PN结及其特性1.3半导体二极管1.4半导体二级管应用电路分析1.5其他类型的二极管Itwillinclude:共47页第2页第1章半导体二极管及其应用电路主要内容：1、半导体的特性2、PN结的结构、电压电流特性3、二极管的数学模型4、包含二极管的电路分析5、特殊类型的二极管，包括稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管、太阳能电池共47页第3页1.1.1半导体材料1.1.2本征半导体1.1.3杂质半导体1.N型半导体2.P型半导体1.1半导体基础知识共47页

2、第4页1.1.1半导体材料根据导电能力的不同，材料可分为导体、绝缘体和半导体。导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。构成电子器件的半导体材料包含硅(Si)，锗(Ge)和砷化镓(GaAs)，其中最多的是硅(Si)。半导体材料的特性是：1.导电性介于导体和绝缘体之间。2.当受到光和热的作用时，其导电性质会发生变化。3.掺入杂质时，其导电性质将发生很大的改变。共47页第5页1.1.2本征半导体作为半导体材料的Si和Ge位于元素周期表中的IU族。因此，它们的最外层有4个价电子。相邻原子之间通过共价键结合。硅的二维晶体结构图1.本征半导

3、体的晶体结构共47页第6页1.1.2本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体称为本征半导体。共47页第7页1.1.2本征半导体在T=0K（T:温度）时，每个电子处在尽可能低的能量状态，所以每个共价键的位置被填满。本征半导体中没有可以自由移动的带电粒子。因此，在T=0K，半导体的导电性能相当于绝缘体。2.本征半导体中的载流子共47页第8页1.1.2本征半导体当环境温度上升，如上升到室温时，产生热激发，价电子就会获得能量，挣脱共价键的束缚，成为自由电子，同时在原共价键中留下一个空位置，称为“空穴”。原子则因失去一个价电子而带正电，或者说，空

4、穴带正电。这种本征半导体的热激发现象称为本征激发。2.本征半导体中的载流子共47页第9页1.1.2本征半导体本征激发中，电子和“空穴”总是成对出现的，称为电子-空穴对。即电子和空穴的浓度是相等的。本征半导体中的自由电子-空穴对共47页第10页1.1.2本征半导体若在这种半导体两端外加一电场：1）一方面自由电子将产生定向移动，形成电子电流；2）另一方面，由于空穴的存在，价电子将按一定方向依次填补空穴，而在电子原来的位置上留下新的空位，以后其他电子又可转移到这个新的空位，使束缚电子在空间不断移动，类似于空穴在空间不断移动，空穴的移动轨迹为

5、可见空穴的移动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。本征半导体中，电子和“空穴”的移动共47页第11页1.1.2本征半导体本征半导体中的电流是由自由电子和空穴共同产生的，即出现了电子和空穴两种可以形成电流的带电粒子，这两种带电粒子统称为载流子（Carriers）。出现空穴，是半导体区别于导体的重要特点。共47页第12页1.1.2本征半导体本征激发产生的电子和空穴对，总是成对出现，数量相等。本征半导体中，电子和空穴相遇，就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。当本征激发产生的电子和空穴对，与复合的电子和空穴对数量相等时，

6、就达到了一种动态平衡。此时，本征半导体中载流子的浓度将保持不变。3．本征半导体中的载流子的浓度共47页第13页1.1.2本征半导体当环境温度变化时，载流子的浓度会发生较大的变化，引起导电能力变化。如环境温度升高，热振动增强，本征激发加剧，电子空穴对增加，半导体的导电能力提高。半导体材料性能对温度的敏感性，既可用于制作热敏或光敏器件，又是造成半导体器件温度稳定性差的原因。3．本征半导体中的载流子的浓度本征半导体中的电子和空穴浓度一般很低，故这种半导体的导电能力很低，难以满足制造半导体器件的要求，需要通过其他手段进一步提高其导电能力。共4

7、7页第14页1.1.3杂质半导体杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量其他元素，可得到杂质半导体。按掺入的杂质元素不同，可形成N型半导体和P型半导体1.N型半导体在纯净的硅晶体中，掺入五价元素，如磷。每个五价元素由于其贡献一个自由电子，而称为施主原子。该杂质原子因在晶格上，则成为不能移动的正离子。多数载流子(多子)：电子少数载流子(少子)：空穴N型半导体主要靠电子导电，故得名(Negative)共47页第15页1.1.3杂质半导体2.P型半导体在纯净的硅晶体中，掺入三价元素，如硼。每个三价元素由于其贡献一个空穴，由于空穴吸收

8、电子，而称为受主原子。该杂质原子因在晶格上，则成为不能移动的负离子。多数载流子(多子)：空穴少数载流子(少子)：电子P型半导体主要靠空穴导电，故得名(Positive)共47页第16页1.1.1半导体材料1.1.2本征半