模拟电路与数字电路教学提纲.ppt

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1、模拟电路与数字电路2.1半导体的基础知识本征半导体杂质半导体载流子的运动方式及形成的电流PN结及其单向导电性半导体及其材料·导体:电阻率ρ小于10-3Ω·cm·绝缘体:ρ大于108Ω·cm·半导体:ρ介于导体和绝缘体之间。常用半导体材料有:硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓(GaAs)等2.1.1半导体电阻率：数值上等于单位长度、单位截面的某种物质的电阻。本征半导体半导体的原子结构:本征半导体——化学成分纯净的半导体。在物理结构上呈单晶体形态。硅(Si)锗(Ge)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”。半导体的共价键结构共价键共价键中的两个价电子原子核本征

2、半导体概念本征激发（热激发）本征半导体的导电机理本征激发产生的空穴价电子价电子受热或受光照（即获得一定能量）后，可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个带正电的空穴。该现象称为本征激发(热激发)本征激发产生的自由电子本征激发（热激发）本征半导体的导电机理空穴价电子自由电子在热激发下，本征半导体中存在两种能参与导电的载运电荷的粒子(载流子)：成对的电子和空穴复合——自由电子回到共价键结构中的现象。此时电子空穴成对消失。本征半导体的导电机理自由电子和空穴成对产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。注意：(1)本

3、征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差。(2)温度越高，载流子的数目越多,半导体的导电性能也就越好。可见，温度对半导体器件性能影响很大。T＝300K时电子浓度硅：锗：铜：光敏性：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下降，其导电能力增强。据此可制作各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。半导体的特性热敏性：半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导电能力增强。据此可制作温度敏感元件，如热敏电阻。本征半导体掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，其电阻率大大下降而导电能力显著增强。据此可制作各种半导体器件，如二极管和三极管等。半导体特性本征半导体2.1.2杂质半导体杂质半导体

4、—在本征半导体中掺入微量其它元素而得到的半导体。杂质半导体可分为：N型(电子)半导体和P型(空穴)半导体两类。1.N型半导体在本征半导体中掺入微量五价元素物质（磷、砷等）而得到的杂质半导体。结构图掺杂后，某些位置上的硅原子被5价杂质原子（如磷原子）取代。磷原子的5个价电子中，4个价电子与邻近硅原子的价电子形成共价键，剩余价电子只要获取较小能量即可成为自由电子。同时，提供电子的磷原子因带正电荷而成为正离子。电子和正离子成对产生。上述过程称为施主杂质电离。5价杂质原子又称施主杂质。1.N型半导体常温下杂质原子电离，产生电子—正离子对本征激发（热激发）本征半导体的导电机理本征激发产生的空穴价电子价

5、电子受热或受光照（即获得一定能量）后，可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个带正电的空穴。该现象称为本征激发(热激发)本征激发产生的自由电子这种电子为多数载流子的杂质半导体称为N型半导体。可见：在N型半导体中自由电子是多数载流子（简称多子）；空穴是少数载流子（简称少子）。N型半导体中还存在来自于热激发的电子-空穴对。1.N型半导体N型半导体是否带电？正负电荷数相等，N型半导体呈电中性N型半导体中电子-空穴数是否相同？在本征半导体中掺入微量三价元素物质（硼、铝等）而得到的杂质半导体。2.P型半导体幻灯片放映结构图掺杂后，某些位置上的硅原子被3价杂质原子（如硼原子）取代

6、。硼原子有3个价电子，与邻近硅原子的价电子构成共价键时会形成空穴，导致共价键中的电子很容易运动到这里来。同时，接受一个电子的硼原子因带负电荷而成为不能移动的负离子。空穴和负离子成对产生。上述过程称为受主杂质电离。3价杂质原子又称受主杂质。2.P型半导体这种空穴为多数载流子的杂质半导体称为P型半导体。可见：在P型半导体中空穴是多数载流子(简称多子),自由电子是少数载流子（简称少子）。P型半导体中还存在来自于热激发的电子-空穴对。2.P型半导体杂质浓度对导电性能的影响Si原子浓度：5×1022cm−3本征Si：ni=1.5×1010cm−3(300K)ρ≈105Ωcm杂质浓度：1013cm−3ρ

7、≈103Ωcm1021cm−3ρ≈10−3Ωcm掺杂浓度对半导体导电性有很大的影响！扩散运动—载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。扩散电流—载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比载流子运动方式及形成电流1.扩散运动及扩散电流漂移运动—载流子在电场力作用下所作的运动称为漂移运动。漂移电流—载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。漂移电流大小与电场强度成正比2.漂移运动