模拟电子技术基础(第四版)课件1.1 半导体基础知识.ppt

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1、第1章常用半导体器件1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3晶体三极管1.4场效应管第1章常用半导体器件［教学目的］1、了解本征、杂质半导体的导电特性及PN结中载流子的运动。2、掌握半导体二极管的伏安特性及其主要参数，理解稳压管的原理及应用，了解PN结的电容效应。3、掌握晶体三极管的电流分配关系及放大系数，掌握晶体管的共射特性曲线，了解温度对晶体管参数的影响。4、掌握结型、绝缘栅型场效应管的基本结构，工作原理及相应的特性曲线，了解其与晶体管的异同点。第1章常用半导体器件［教学重点和难点］二极管的单向导电性、稳压管的原理。三极管的电流放大原

2、理，如何判断三极管的管型、管脚和管材。场效应管的分类、工作原理和特性曲线。［教学时数］6学时本章讨论的问题：1.为什么采用半导体材料制作电子器件？2.空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？3.什么是N型半导体？什么是P型半导体？当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？4.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么具有单向性？在PN结中加反向电压时真的没有电流吗？5.晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的？为什么它们都可以用于放大？1.1半导体基础知识根据物体导电能力（电阻率）的不同，来划分导体

3、、绝缘体和半导体。半导体的电阻率为10-3－10-9cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。1.1.1本征半导体本征半导体——纯净的具有晶体结构的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。(1)本征半导体的共价键结构硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。(a)硅晶体的空间排列(b)共价键结构平面示意图硅原子空间排

4、列及共价键结构平面示意图(2)电子空穴对当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。可见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也可能回到空穴中去，称为复合。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。本征激发和

5、复合的过程自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。1.1.2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。(1)N型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体,也称电子型半导体。(2)P型半导体在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。（3）杂质对半导体导电性的影响掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:T=300K

6、室温下,本征硅的电子和空穴浓度为n=p=1.4×1010/cm3掺杂后，N型半导体中的自由电子浓度为n=5×1016/cm31.1.3PN结在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的交界面上形成PN结。PN结具有单向导电性。PN结的形成过程因浓度差多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区↓空间电荷区形成内电场↓↓内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。PN结的单向导电性PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以

7、电流大；反之是高阻性，电流小。如果外加电压使：PN结P区的电位高于N区的电位称为加正向电压，简称正偏；PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。PN结正偏PN结反偏PN结的电容效应PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。一是势垒电容Cb，二是扩散电容Cd。势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，空间电荷区的宽度也随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。PN结的结电容Cj＝Cb＋Cd