电子线路基础第1章ppt课件.ppt

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1、电子线路基础河北大学数学与计算机学院模拟电路部分第1章基本半导体器件第1章基本半导体器件1.1PN结导体：导电能力很强的物质。电阻率<10-4Ω·cm，如低价元素铜、铁、铝等。绝缘体：导电能力很弱，基本上不导电的物质。电阻率>109Ω·cm，如高价惰性气体和橡胶、陶瓷、塑料等高分子材料.半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。如硅、锗等四价元素。1.价电子：原子外层轨道上的电子。2．共价键：两个相邻原子共有的一对价电子。3．本征半导体：纯净且呈现晶体结构的半导体，叫本征半导体。第1章基本半导体器件1.1PN结1．自由电子：获得足够能量，以克

2、服共价键束缚的价电子。2．空穴：价电子脱离共价键束缚成为自由电子后在共价键中留下的空位。第1章基本半导体器件1.1PN结在常温下，由于热能的激发，产生自由电子和空穴对的现象，叫本征激发。温度一定，自由电子和空穴对的浓度也一定。由于本征激发而在本征半导体中存在一定浓度的自由电子（带负电荷）和空穴（带正电荷）对，故其具有导电能力，但其导电能力有限。第1章基本半导体器件1.1PN结（1）Ｎ型半导体：在硅或锗本征半导体中掺入适量的五价元素（如磷），则磷原子与其周围相邻的四个硅或锗原子之间形成共价键后，还多出一个自由电子参与导电。结果，自由电子成为多数载

3、流子(称多子)，空穴成为少数载流子(称少子)。第1章基本半导体器件1.1PN结（2）P型半导体：在硅或锗本征半导体中，摻入适量的三价元素（如硼），则硼原子与周围的四个硅或锗原子形成共价键后，还留有一个空穴。结果，空穴成为多子，自由电子成为少子。这种主要依靠多子空穴导电的杂质半导体，叫P型半导体。第1章基本半导体器件1.1PN结无外电场作用时，本征半导体和杂质半导体对外均呈现电中性，其内部无电流。在杂质半导体中，多子浓度取决于掺杂浓度；少子浓度取决于温度。掺杂的目的不是提高导电能力，而是得到多种半导体特性，满足实际需要。第1章基本半导体器件1.1

4、PN结1.PN结中载流子的运动（1）多数载流子的扩散运动：在交界面两侧,电子和空穴的浓度差很大，P区中的多子空穴向N区扩散，在P区一侧留下杂质负离子,在N区一侧集中正电荷；同时，N区中的多子自由电子向P区扩散，在N区一侧留下杂质正离子，在P区一侧集中负电荷。第1章基本半导体器件1.1PN结扩散的结果，在P型和N型半导体交界面处形成空间电荷区，空间电荷区无载流子停留，故称为耗尽层.自建内电场（从N区指向P区）。该电场阻止多子扩散运动，又称为阻挡层。但有利于少子运动.第1章基本半导体器件1.1PN结（2）少数载流子的漂移在内电场的作用下，P区中的少

5、子自由电子向N区漂移，而N区中的少子空穴向P区飘移，使内电场削弱。第1章基本半导体器件1.1PN结扩散与漂移的动态平衡扩散：多子的运动，产生扩散电流。漂移：少子的运动，产生漂移电流。当内电场达到一定值时，多子的扩散运动与少子的漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区不再变化，这个空间电荷区，就称为PN结。无外电场作用时，PN结内部虽有载流子运动，但无定向电流形成。第1章基本半导体器件1.1PN结2．PN结的单向导电特性（1）PN结加正向电压（正偏）外电场与内电场反方向→空间电荷区附近多子与其中离子复合→空间电荷区变窄→多子的扩散运动远大于少子的漂移运

6、动→由浓度大的多子扩散形成较大的正向电流→PN结处于导通状态。此时，其正向电阻很小，正向压降也很小。第1章基本半导体器件1.1PN结（2）PN结加反向电压（反偏）外电场与内电场同方向→使空间电荷区变宽→多子扩散运动大大减弱，而少子的漂移运动相对加强，→由浓度很小的少子漂移形成很小的反向饱和电流IS，PN结处于截止状态。此时，反向电阻很大。PN结正偏时导通，反偏时截止，故具有单向导电特性。第1章基本半导体器件1.1PN结二极管的类型：从管子结构来分，有点接触型和面接触性和平面型第1章基本半导体器件1.2二极管二极管的类型：从制造材料来分，有硅二极

7、管、锗二极管此外还有一种开关型二极管，适用于在脉加数宇电路中作为开关管。第1章基本半导体器件1.2二极管第1章基本半导体器件1.2二极管第1章基本半导体器件1.2二极管第1章基本半导体器件1.2二极管第1章基本半导体器件1.2二极管二极管的伏安特性正向特性：死区电压硅：0.5V左右锗：0.1V左右反向特性：反向饱和电流IS反向击穿电压UBR第1章基本半导体器件1.2二极管二极管方程UT：温度的电压当量，26mV实际二极管的伏安特性正向特性：开启电压Vth硅：0.5V左右锗：0.1V左右反向特性：反向饱和电流IR(sat)硅:<0.1μA锗:<0

8、.1mA第1章基本半导体器件1.2二极管理想二极管的伏安特性正向特性：开启电压Vth=0反向特性：反向饱和电流IR(sat)=0第1章基本半导体器件1