电子技术及其应用基础模拟部分李哲英02anal11课件

1-1半导体及半导体物理的基本概念

Basicconceptsforsemiconductor

1-1-1半导体基本理论Theory1-1-2半导体的电流控制方式一、原子的结构atomarchitecture二、物质的结构Massarchitecture三、绝缘体insulator、导体conductor、半导体semiconductor四、半导体的导电原理一、PN结与电流控制方式currentcontrolstyle二、电场控制方式electronicfieldcontrol1电子工程系一、Atomarchitecture+原子核电子电子自由电子价电子价电子1-1-1半导体基本理论价电子挣脱原子核束缚成为自由电子的现象称为本征激发（也称热激发）。ValenceelectronNucleus2电子工程系二、Massarchitecture1-1-1半导体基本理论自由电子共价键共价键在一定条件下：价电子变成自由电子(激发)产生空穴价电子或自由电子填补空穴(复合)空穴自由电子、空穴称为载流子自由电子的移动形成电子流规定电流方向为电子流的反方向holeCommonvalenceexcitate3电子工程系四、半导体结构1-1-1半导体基本理论+32惯性核锗原子硅原子+14原子结构+4价电子惯性核等效模型InertianucleusSiliconatomGermaniumatomValenceatom5电子工程系四、半导体结构1-1-1半导体基本理论共价键结构硅晶体的空间排列共价键结构半导体晶体：

由原子按结晶方式规则排列形成。本征半导体：

纯净、结构完整、绝对温度下没有自由电子的半导体。CommonValence6电子工程系四、半导体结构1-1-1半导体基本理论电子与空穴对本征激发产生的自由电子和空穴成对出现。

本征激发和复合在一定温度下达到动态平衡，没有多余的自由电子或空穴。

本征半导体不会在外电场作用下形成电流。Electronandhole7电子工程系五、半导体导电原理1-1-1半导体基本理论半导体导电的基本方式半导体导电的基础是电子-空穴对。半导体中的电流通过电子填补空穴方式实现的。载流子移动需要外来能源。半导体的导电能力与温度成正比。半导体中的电流与外加电压之间存在非线性关系。Basicstyleofsemiconductor9电子工程系1-1-2半导体的电流控制方式一、PN结与电流控制方式PN结的形成PNjunctionN区P区

P型N型

PN结内电场扩散diffuse:多数载流子的运动漂移drift：少数载流子的运动动画促使少子漂移阻止多子扩散Depletionfield10电子工程系偏置电压Biasvoltage1-1-2半导体的电流控制方式一、PNjunctionandcurrentcontrolPN结的单向导电性uni-directconduction

PN结内电场P区N区偏置bias：对半导体器件施加外界电压。正向偏置反向偏置PN结不导电PN结导电11电子工程系1-1-2半导体的电流控制方式一、PNjunctionandcurrentcontrolPN结的V-A特性VBRIS反向饱和电流VT=kT/q0.026V(T=300K)温度电压当量VD结电压较高外电压破坏了共价键，形成大反向电流。VI0VDIS非线性13电子工程系1-1-2半导体的电流控制方式一、PNjunctionandcurrentcontrolPN结的结电容PNjunctioncapacitorPN结两侧聚集了不同极性的电荷，这与电容器的效果是完全相同的。

PN结内电场P区N区14电子工程系NPPdgsVdsIsVds=0，Is=0Vds，Is

Vds>VP,Is基本不变AVDD过大，击穿VP：夹断电压

利用PN结内电场宽度控制导电沟道的宽度，从而控制电流。IsVdsVP二、电场控制方式ElectricalfieldcontrolPN结势垒电场控制方式（结型场效应）15电子工程系外加正向偏置电压VDVI0正向电压与PN结内电场方向相反，削弱内电场(变窄)。扩散电流远大于漂移电流。PN结呈现低阻性，正向电阻很小。PN结导电。IVP区N区

PN结内电场+-

17电子工程系外加反向偏置电压IVP区N区

PN结内电场-+

反向电压与PN结内电场方向相同，增强内电场(变宽)。漂移电流远大于扩散电流。PN结呈现高阻性，反向电阻很大。PN结不导电。漂移电流恒定，与反向电压大小无关，也称为反向饱和电流IS。VI0IS18电子工程系导体示例电阻很小。易受影响。19电子工程系半导体示例导电能力介于导体和绝缘体之间导电性能易受影响由元素周期表中最外层为四个电子的元素所组成的物质构成。如：锗、硅。21电子工程系图为PN结正向输出特性，如果PN结的温度从25℃变化到45℃，试