模拟电子技术第1章 半导体器件ppt课件.ppt

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1、模拟电子技术模拟电子技术吴恒玉唐民丽主编第1章　半导体器件1.1　本章任务的导入1.2　相关的理论知识1.3　相关的基本技能本章小结1.1　本章任务的导入图1-1　某实用电子线路板1.2　相关的理论知识1.2.1　半导体的基础知识1.2.1.1　半导体及其导电特性1.半导体1)热敏特性：半导体的电阻率随温度的升高明显地降低，导电能力加强，利用半导体的这一特性，可以制作热敏电阻或其他对温度敏感的传感器。2)光敏特性：对半导体施加光照时，光照越强，电阻率越低，导电能力越强。3)掺杂特性：通常纯净的半导体的导电能力很差，掺入

2、微量的杂质就能使其导电性能大幅度地改变。2.本征半导体1.2　相关的理论知识图1-2　硅原子结构图纯净的、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。单晶硅、单晶锗均为本征半导体，两者晶体结构相同，下面以单晶硅为例来进行讨论。硅原子是由原子核和14个外层电子组成的中性原子，原子的最外层有四个价电子，因此又称为四价元素。如图1-2所示硅原子的每一个价电子分别与相邻硅原子的1个价电子组成1个价电子对，这个价电子对为相邻的2个原子所共有。价电子对中的每一个价电子，同时受到两个原子核的吸引作用，使两个价电子被紧紧地束缚在一起，组成了共

3、价键结构。并用套住两个相邻原子的共价电子的虚线环表示共价键，如图1-3所示。1.2　相关的理论知识图1-3　本征半导体的结构图当温度升高或受到光照后，少数的价电子可以从外界获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，而成为可移动的自由电子，自由电子是一种可以参与导电的粒子，称为载流子。价电子挣脱共价键束缚成为自由电子的同时，会在共价键上留下一个空位，这个空位称为空穴。由于存在这样的空穴，附近共价键中的电子就比较容易进来填补，而同时又留下一个新的空位，其它地方的电子又有可能来填补后一个空位，从效果上来看，相当于带正电的空穴在运动一

4、样。称这种运动为空穴运动，并将空穴看成带正电的载流子。金属导体中只有一种载流子：自由电子；本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。把由于共价键破烈而形成的自由电子和空穴称为电子—空穴对，并且把这种由于光照、辐射、温度的影响而产生电子—空穴对的现象称为本征激发。1.2　相关的理论知识3.杂质半导体(1)N型半导体　在本征半导体中掺入微量的五价元素，如磷(P)、砷(AS)等，在半导体内产生的自由电子的数量远多于空穴数量，这种半导体称为N型半导体。当自由电子在运动中，可能与空穴相遇，使电子—空穴对消失，称为复合。在一定温度

5、下尽管本征激发和复合在不断地进行，但电子（空穴）的浓度不变，保持一种动态平衡状态。当温度升高或光照时，本征激发将加强，复合也随着增加，最后达到一种新的动态平衡。在N型半导体中，也同时存在着本征激发的现象，有电子—空穴对的产生，但产生的自由电子的数量远少于掺入的数量，自由电子是多数载流子，简称为“多子”。空穴为少数载流子，简称为“少子”，但整个N半导体呈现电中性。N型半导体在外电场作用下，电子电流远大于空穴电流，其导电是以电子导电为主的，所以它又称为电子型半导体。N型半导体中“多子”的浓度取决于掺入杂质的多少，少子的浓度

6、与温度有关。1.2　相关的理论知识图1-5　P型半导体晶体结构图1-4　N型半导体晶体结构(2)P型半导体　在本征半导体中掺入微量的三价元素，如硼(B)、铟(IN)等，在半导体内产生的空穴的数量远多于自由电子数量，这种半导体称为P型半导体。在P型半导体中，也同时存在着本征激发的现象，有电子—空穴对的产生，但产生的空穴的数量远少于掺入的数量，空穴是多数载流子，简称为“多子”。自由电子为少数载流子，简称为“少子”，但整个P型半导体呈现电中性。P型半导体在外电场作用下，空穴电流远大于电子电流，其导电是以空穴导电为主的，所以它

7、又称为空穴型半导体。P型半导体中“多子”的浓度取决于掺入杂质的多少，少子的浓度与温度有关。1.2　相关的理论知识1.2.1.2　PN结的形成及单向导电特性1.PN结的形成图1-6　PN结的形成过程1)扩散的进行和空间电荷区的形成。2)内建电场的形成和漂移运动的形成。3)扩散运动与漂移运动相平衡。1.2　相关的理论知识图1-7　PN结正向偏置导通工作原理2.PN结的单向导电性(1)PN结正向偏置　加在PN结上的电压称为偏置电压。P区接电源正级、N区接电源负极，称PN结正向偏置，简称正偏，此时外部电场的方向与内建电场方向相

8、反，外电场的方向是从P区指向N区，内电场的方向是从N区指向P区，这时外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷，同时N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷，结果使空间电荷区变窄，内场被削弱，多数载流子的扩散运动得以加强，形成较大的扩散电流，此时扩散电流远大于漂移电流，漂移电流几乎为零，总电流就等于扩散电流。P