模电全套课件2教程文件.ppt

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1、模电全套课件23.1半导体的基本知识3.1.1半导体材料3.1.2半导体的共价键结构3.1.3本征半导体3.1.4杂质半导体3.1.1半导体材料1.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的物质。如橡胶、塑料等。3.半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。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。具有热敏性、光敏性、掺杂性。最外层电子称价电子价电子4价元素的原子常用+4电荷的正离子和周围4个价电子

2、表示。+4硅晶体共价键平面结构硅的原子结构图3.1.2半导体的共价键结构共价键+4+4+4+4+4+4+4+4+4价电子3.1.3本征半导体本征半导体——完全纯净的、结构完整的半导体晶体。当温度T=0K时，半导体不导电，如同绝缘体。本征激发——本征半导体在热（或光照）作用下产生电子空穴对的现象。自由电子和空穴载流子复合若T，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。T自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为电子

3、-空穴对。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。载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。空穴自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+43.1.4杂质半导体杂质半导体是在本征半导体中掺入微量的杂质所形成的半导体。杂质半导体有N型和P型两大类。在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。3价杂质原子称为受主原子。P型半导体空穴受主原子+3N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的5价

4、杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体。施主原子5价杂质原子称为施主原子。杂质半导体中的载流子浓度在P（N）型半导体中，空穴（自由电子）浓度多于自由电子（空穴）浓度，即p>>n（n>>p）。空穴（自由电子）为多数载流子，自由电子（空穴）为少数载流子。杂质半导体中多数载流子的浓度远大于少数载流子的浓度，杂质半导体中的电流基本上是多数载流子的电流；杂质半导体的导电能力远大于本征半导体的导电能力，半导体中掺入微量的杂质可以大大提高其导电能力。3.2PN结的形成及特性3.2.1载流子的漂移与扩散3.2.2PN结的

5、形成3.2.3PN结的单向导电性3.2.4PN结的反向击穿3.2.5PN结的电容效应3.2.1载流子的漂移与扩散漂移——载流子在内电场作用下的运动。扩散——由浓度差而产生的运动。在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。3.2.2PN结的形成PNPN结耗尽层空间电荷区PN扩散运动——耗尽层。PN电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。2.扩散运动形成空间电荷区3.空间电荷区产生内电场PN内电场空间电荷区vD空间电荷区正负离子之间电

6、位差vD——内电场；内电场阻止多子的扩散——阻挡层。4.漂移运动内电场有利于少子运动——漂移。少子的运动与多子运动方向相反阻挡层5.扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。电压vD，硅材料约为（0.6∼0.8）V,锗材料约为（0.2∼0.3）V。空间电荷区的宽度约为几微米∼几十微米；3.2.3PN结的单向导电性当PN结正向偏置时，回路中将产生

7、一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。PN结具有单向导电性。空间电荷区外电场方向VRI1.PN外加正向电压外电场与内电场方向相反耗尽区变窄，内电场削弱有利于扩散，扩散电流远大于漂移电流正向电流很大。内电场方向PN当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态。空间电荷区PN外电场方向内电场方向VRIS2.PN外加反向电压外电场与内电场方向相同耗尽区变宽，内电场增强阻止扩散运动，扩散电流和漂移电流均很小

8、反向电流很小。当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。当PN结两端加正向偏置时，电压vD为正值，当vD比nVT大几倍时，二极管的电流iD与电压vD成指数关系。3.PN结伏安特性的表达式当PN结两端加反向偏置时，电压vD为负值，当

9、vD

10、比nVT大几倍时，二极管的电流iD是个常数。IS：反向饱和电流；n：发射系数，其值在12之间；VT：温度的电压当量，在常温(30