模拟电子技术及应用.pptx

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1、模拟电子技术及应用第1章基本半导体分立器件1.1半导体的基本知识与PN结1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.4半导体三极管1.5场效应晶体管导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是导体。绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。1-1半导体的基本知识及PN结什么是半导体?半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点。例如:当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中

2、掺入某些杂质,会使它的导电能力明显改变。1.掺杂性2.热敏性和光敏性半导体的三大特性1-1-1本征半导体(纯净和具有晶体结构的半导体)一、本征半导体的结构特点GeSi现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们的最外层电子(价电子)都是四个。在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四个其它原子位于四面体的顶点,每个原子与其相邻的原子之间形成共价键,共用一对价电子。硅和锗的晶体结构:通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示原子外层原来有4个电子共

3、价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子,常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,导电能力很弱。形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,形成稳定结构。共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。+4+4+4+4二、本征半导体的导电机理在绝对0度(-273℃)和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着,本征半导体中没有可以运动的带电粒子(即载流子),不能导电,相当于绝缘体。在常温下,由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴。1.

4、载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子(价电子)2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在外界因素的作用下,空穴吸引附近的电子来填补,结果相当于空穴的迁移,效果相当于正电荷的移动,因此可以认为空穴是载流子,能定向移动而形成电流。本征半导体中两种载流子的数量相等,称自由电子空穴对。温度越高,载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强,温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素,这是半导体的一大特点------半导体的热敏性。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成:(1)自由电子移动产生的电流

5、。(2)空穴移动产生的电流。(在本征半导体中自由电子和空穴成对出现,同时又不断的复合)1-1-2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子,形成杂质半导体。杂质半导体的导电性能将发生显著变化,其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体:空穴浓度大大增加的杂质半导体,也称为空穴型半导体。N型半导体:自由电子浓度大大增加的杂质半导体,也称为电子型半导体。一、N型半导体在硅或锗晶体(本征半导体)中掺入少量的五价元素,如磷,晶体中的某些半导体原子被杂质原子取代。由于磷原子的最外层有五个价电子,其中四个与相邻的半导体原子形成共价键,必

6、定多出一个电子,这个电子不受共价键的束缚,很容易被激发而成为自由电子,这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子;本征半导体电子和空穴成对出现的现象也被打破。+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体中的载流子有哪些呢?(1)由磷原子提供的电子,浓度与磷原子相同。(2)本征半导体中成对产生的电子和空穴。一般情况下,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以,自由电子浓度远大于空穴浓度。在N型半导体中,自由电子称为多数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少子)。二、P型半导体在硅或锗晶体(本征半导体)中掺入少量的三价元素,如硼(或铟),晶体点阵中的

7、某些半导体原子被杂质原子取代。硼原子的最外层有三个价电子,与相邻的半导体原子形成共价键时,产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补,使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半导体中空穴是多子,电子是少子。三、杂质半导体的示意图------------------------P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体小结2.N型半导体:电子是多子,其中大部分是掺杂提供的电子;空穴是少子,少子的迁移也能形成电流,由于数量的关系,起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。3.P型

8、半导体中空穴是多子,电子是少子。1.本征半导体中受激(热激发即本征激发)产生的电子和空穴成对出现,数量很少。4.杂质半导体:多子数(多子浓度)主要由掺杂浓度决定,受温度影响较小;

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