模拟电子技术第1章半导体器件.pptx

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1、第一章半导体器件半导体二极管半导体三极管场效应管第一部分半导体二极管半导体的基本知识PN结的形成及特性半导体二极管二极管基本电路及其分析方法特殊二极管半导体二极管半导体的基本知识什么叫半导体？通常称电阻率在10-3～109Ω·cm范围内的物质为半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间、常用的半导体材料是硅（Si）和锗（Ge）。半导体的特性光敏性——半导体的导电能力随光照的变化有显著改变光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的热敏性——半导体的导电能力随温度提高迅速增加纯净的锗从20℃升高到30℃时，它的电阻率几乎减小为原来的1/2杂敏性——半导体的导电能力因掺入适量杂质而发

2、生很大的变化在硅中掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的几万分之一利用半导体的特性，可以制造出各种不同性能和用途的半导体器件！半导体的基本知识半导体的共价键结构在电子器件中应用最多的半导体材料是硅和锗，它们的简化原子模型如图1-1所示。由于硅和锗都是四价元素，因此最外层原子轨道上具有四个电子，称为价电子。半导体与金属和绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子形成有序的排列，邻近原子之间由共价键连接，如图1-2所示。图1-1硅和锗的原子结构简化模型图1-2硅和锗的二维晶格结构图，正离子核通过共价键与邻近的核相连接半导体二极管半导体的基本知识本征半导体本征半导体是一种完全纯净的、

3、结构完整的半导体晶体。在绝对零度（－273℃）时，价电子不能脱离共价键的束缚，所以在半导体中没有自由电子，半导体呈现不能导电的绝缘体特性。当温度逐渐升高或在一定强度的光照下，价电子会获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，如图1-3所示，这种现象称为本征激发。图1-3由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴—电子对半导体二极管半导体的基本知识本征半导体当电子挣脱共价键的束缚成为电子后，共价键中就留下了一个空位，这个空位叫做空穴。空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。在外加电场作用下，邻近的价电子就可以填补到这个空位上，而在这个电子原来的位置上又留下新的

4、空位，以后其他电子又可转移到新的空位，从而出现了一定的电荷迁移，如图1-4所示。图1-4电子与空穴的移动半导体二极管半导体的基本知识本征半导体共价键中空穴或束缚电子移动产生电流的根本原因是由于共价键中出现空穴引起的。可以把空穴看成是一个带正电的粒子，它所带的电量与电子相等，符号相反，在外加电场作用下，可以自由地在晶体中运动，从而和自由电子一样可以参与导电，因此空穴也是一种载流子。载流子：晶体中传导电流的粒子。金属中的载流子是电子，半导体的载流子是电子和空穴。在本征半导体内，自由电子和空穴总是成对出现的。半导体二极管半导体的基本知识杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂

5、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。因掺入的杂质不同，杂质半导体又可以分为P型半导体（空穴型半导体）和N型半导体（电子型半导体）两大类。(1)P型半导体(2)N型半导体半导体二极管半导体的基本知识杂质半导体(1)P型半导体（空穴型半导体）在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等，硼原子只有三个价电子，它与硅原子组成共价键时，因缺少一个电子，在晶体中便产生一个空位,当相邻共价键上的电子受到热振动或在其他激发条件下获得能量时，就有可能填补这个空位，使硼原子成为不能移动的负离子，而原来硅原子的共价键则因缺少一

6、个电子，形成空穴，半导体呈中性，如图1-5所示。图1-5P型半导体的共价键结构半导体二极管半导体的基本知识杂质半导体(2)N型半导体（电子型半导体）在本征半导体中掺入五价杂质元素，如磷、砷、镝等，因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子，如图1-6所示。自由电子参与传导电流，但它移动后，原来的杂质原子位置上将留下一个固定的、不能移动的正离子，致使半导体仍然保持中性。图1-6N型半导体的共价键结构半导体二极管半导体的基本知识杂质半导体P型半导体N型半导体杂质原子多数载流子少数载流子+3价元素（

7、硼、镓、铟等）俘获电荷，称为受主杂质+5价元素（磷、砷、镝等）提供电子，称为施主杂质空穴，主要由掺杂形成电子，由热激发形成电子，主要由杂质原子提供空穴，由热激发形成半导体中正负电荷数是相等的，因此保持电中性半导体二极管PN结的形成及特性图1-7PN结的形成过程空穴电子(a)扩散运动(b)漂移运动载流子从浓度高的地方向浓度低的地方扩散扩散运动P区N区留下带负电的杂质离子留下带正电的杂质离子形成很薄的空间电荷区，即PN结形成由N区指向P区的内电场，阻碍扩散运动PN结的形成半导体二极管PN结的形成及特性图1-