南航考研模拟电子线路(模电)第一章01_图文

1、电子线路基础洪峰明故宫校区10-602第9章波形产生与处理第7章功率电路第6章模拟信号运算与处理第5章反馈放大器第4章集成运算放大器第3章放大器的频率响应第2章放大器基础第1章电子线路元器件部件(放大器更为复杂、大规模、专业的电路,例如:通信电子IC 设计生物电子计算机组成控制工程本课程后续课程材料器件基本功能电路电子线路基础第1章电子线路元器件第一章电子线路基础1.1 基础知识1.2 PN结与半导体二极管1.3 半导体三极管1.4 场效应晶体管1.5 集成化器件及其特点1.1.1 导体、绝缘体和半导体导体:容易导电的物质,如铜、铝、铁、银等。绝缘体:不导电的物质,如塑料、陶瓷、石英、橡胶等。

2、半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。常用的有硅(Si、锗(Ge、砷化镓(GaAs等。电阻率10-3-109cm半导体:本征半导体、杂质半导体1.1.2 本征半导体本征半导体:纯净且晶格方向一致的半导体晶体。+32+14.价电子:外层的电子受原子核的束缚力最小,决定着物质的化学性质和导电能力。 共价键结构:每两个相邻原子之间共有一对价电子。1.1.2+4+4.+4.+4+4.+4.+4+4+4. 1.1.3+4+4.+4.+4+4.+4.+4+4+4.自由电子空穴自由电子:共价键中的电子只有获得足够的能量后才能挣脱共价键的束缚。本征激发:在有外界激发的情况下,例如常温下,少数价电子获得一

3、定的能量,挣脱共价键的束缚成为自由电子的现象。空穴:价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后,就在原来共价键的位置上留下的一个空位。 1.1.3+4+4.+4.+4+4.+4.+4+4+4.自由电子空穴本征半导体中存在两种载流子:自由电子和空穴。电子-空穴对:在本征半导体中,自由电子和空穴是成对出现的,有一个自由电子,必定有一个空穴。电子与空穴电荷量相等,极性相反。自由电子和空穴的复合:在自由电子和空穴的产生过程中,自由电子在热骚动过程中和空穴相遇而释放能量,电子空穴对消失。 1.1.3+4+4.+4.+4+4.+4.+4+4+4.自由电子空穴动态平衡:TE g eT A (Tp (Tn k 22

4、3i i 0-=ii p n =常温下,硅:310i i cm/1043.1=p n 锗:313i i cm/105.2=p n 杂质:掺入的元素。杂质半导体:掺杂后的半导体。受主杂质:掺入的三价元素。空穴型(或称P 型半导体:掺杂受主杂质后的半导体。施主杂质:掺入的五价元素。电子型(或称N 型半导体:掺杂施主杂质后的半导体。1.1.4+4+4.+4.+4+5.+4.+4+4+4.施主原子空穴+4+4.+4.+4+3.+4.+4+4+4.受主原子 1. N 型半导体掺入微量的五价元素(如磷所形成的N 型杂质半导体1.1.4+4+4.+4.+4+5.+4.+4+4+4.施主原子总的自由电子数远远

5、大于空穴数多数载流子(多子:自由电子。少数载流子(少子:空穴。电中性条件:热平衡条件(质量作用定律:通常满足N d >>p :2in p n =d d N N p n +=/(d 2iN n p 2. P型半导体掺入微量的三价元素(如硼所形成的P型杂质半导体总的空穴数远远大于自由电子数多数载流子(多子:空穴。少数载流子(少子:自由电子。电中性条件:热平衡条件(质量作用定律:通常满足Nd >>n:2inp n=ddNNnp+=/(d2iNnn1.1.5空穴+4+4.+4.+4+3.+4.+4+4+4.受主原子 。.PN 结:通过掺杂工艺,把本征硅(或锗片的一边做成P 型半

6、导体,另一边做成N 型半导体,并且保持晶格的连续性,在它们的交界面处形成一个很薄的特殊物理层。1.1.5空穴+4+4.+4.+4+3.+4.+4+4+4.受主原子1.1.4+4+4.+4.+4+5.+4.+4+4+4.施主原子扩散运动:由于存在浓度差引起的载流子从高浓度区域向低浓度区域的运动。扩散电流:扩散运动所形成的电流。 。.扩散运动:由于存在浓度差引起的载流子从高浓度区域向低浓度区域的运动。空间电荷区(耗尽层、阻挡层:在交界面附近出现的带电离子集中的薄层。内电场:空间电荷区的左半部是带负电的杂质离子,右半部是带正电的杂质离子,从而在空间电荷区中就形成了一个由N 区指向P 区的内建电场。

7、。.扩散运动:由于存在浓度差引起的载流子从高浓度区域向低浓度区域的运动。空间电荷区(耗尽层、阻挡层:在交界面附近出现的带电离子集中的薄层。漂移运动:在内电场的作用下,空穴向P 区漂移,电子向N 区漂移,载流子在电场作用下的这种运动。动态平衡:扩散=漂移接触电位差: =2i d a T 2i n P T ln ln n N N U n n p U U PN结外加正向电压:正向偏置空间电荷区的宽度减小,两侧的离子电荷量减小。多子扩散运动大大增强而少子漂移运动进一步减弱。扩散电流占主导地位,在外电路中形成一个流入P区的电流在正常工作范围内,PN结上外加电压稍有增加,就能引起正向电流显著增加。因此正向

8、PN结表现为一个很小的电阻。 PN结外加反向电压:反向偏置空间电荷区的宽度增大,两侧的离子电荷量增大。多子扩散运动大大减弱而少子漂移运动进一步增强。反向饱和电流:在外电路中形成流入N区的电流PN结表现为一个很大的电阻。是少子的运动产生的,受温度影响很大。PN结的单向导电性:PN结正向偏置时,呈现的电阻很小,PN 结反向偏置时,呈现的电阻很大。 PN 结方程正向特性:U >0的部分,I 随U 近似按指数规律变化,呈现小电阻的导通状态;反向特性:U <0的部分,电流很小,呈现大电阻的截止状态。 -= -=11T S S U U T k U q e I e I I TS U U e I

9、I SI I - PN结方程PN结的反向击穿:当PN结的外加反向电压增大到一定值时,反向电流急剧增大的现象。PN结的反向击穿电压:发生击穿时的反向电压。齐纳击穿:在高浓度掺杂的情况下,PN结很窄,外加不大的反向电压,就可在耗尽层中形成很强的电场。它能够直接破坏共价键,把价电子从共价键中拉出来,产生电子空穴对,使得反向电流剧增。雪崩击穿:在PN结较宽的情况下,当反向电压较大时,在空间电荷区中产生强电场,使少子在作漂移运动时受到更大的加速,与晶体中原子碰撞时,把价电子撞出共价键,产生电子-空穴对。电子-空穴对在强电场的作用下又撞击其它原子,产生新的电子-空穴对。电子-空穴对像雪崩一样倍增,使得反向

10、电流剧增。1.2.3 PN 结的电容特性PN结的结电容:在外加电压发生变化时,PN结耗尽层内的空间电荷量和耗尽层外的载流子数目均发生变化,这种电荷量随外加电压变化的电容效应。.电子线路基础 1.2 PN结与半导体二极管 1.2.3 PN结的电容特性 势垒电容：阻挡层 中电荷量随外加电 压变化而改变所呈 现的电容效应。 2015/12/16 21 hongfeng 电子线路基础 1.2 PN结与半导体二极管 1.2.3 PN结的电容特性 扩算电容：由于外 加电压改变引起扩 散区内累积的电荷 量变化所呈现的电 容效应。 2015/12/16 22 hongfeng 电子线路基础 1.1 基础知识 思考 1. 自由电子数总是与空穴数相等？ 2. 半导体总是电中性的？ . . . . . . . . . . . . +4 +4 +4 +4 施主 原子 +4 +4 +4 +4 +5 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 2015/12/16 23 . . . . . +4 +4 受主 原子 . . . . . +4 . . . . . . . . . +4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .