模拟电路课件半导体基础知识

模拟电路课件.半导体基础知识演示文稿现在是1页\一共有39页\编辑于星期六（优选）模拟电路课件.半导体基础知识现在是2页\一共有39页\编辑于星期六4.学习方法

特点是将电路理论扩展到包含有源器件（晶体管、场效应管、集成运放等）的电子电路中。重点掌握基本概念、基本电路、基本方法。抓住“模电”的几个特点，可以事半功倍：5.参考书

康华光主编，《模拟电子技术基础》第二版，高教出版社陈大钦主编，《模拟电子技术基础学习与解题指南》，华工出版社

线性要求和非线性器件的矛盾（概念、分析方法）

器件少、电路多（找出各电路之间的规律，可举一反三）

工程估算(工程上简化分析的条件与处理方法,10%准则)

④分立是基础、集成是应用6.教学计划理论学时48实验学时16学时:总学时64现在是3页\一共有39页\编辑于星期六目录第一章常用半导体器件第二章基本放大电路第三章多级放大电路第四章集成运算放大电路第五章放大电路的频率响应第六章放大电路中的反馈第七章信号的运算和处理第八章信号的发生和信号的转换第九章功率放大电路第十章直流电源管路信号单方向传输信号双向传输小信号放大电路大信号微变等效法图解分析法单级放大电路多级放大电路分立元件电路提供能源的电路信号源现在是4页\一共有39页\编辑于星期六0导言0.1电信号0.2电子信息系统0.3电子技术的课程体系现在是5页\一共有39页\编辑于星期六0.1

电信号温度波动曲线

声音、图像、亮度、温度等等物理信息，都可以用信号波形来表示。电子系统处理的是电信号，它由相应的物理量通过传感器转换而得到。信号：信息的载体现在是6页\一共有39页\编辑于星期六是研究电子器件、电子电路及其应用的电子技术模拟电子技术：数字电子技术：研究模拟信号研究数字信号模拟信号：在时间上和幅值上都是连续变化的信号数字信号：在时间上和幅值上都是离散的信号（模拟信号）（数字信号）

（数值的变化总是发生在一系列离散的瞬间；电子技术：

数值的大小及增减总是某一个最小单位的整数倍。）科学技术。返回现在是7页\一共有39页\编辑于星期六温度传感（输入）信号放大信号滤波控制执行（输出）功率放大数模转换数字逻辑电路模数转换恒温装置模拟小信号电路数字电路非电子物理系统模拟大信号电路电子系统0.2

电子信息系统返回现在是8页\一共有39页\编辑于星期六0.3电子技术的课程体系模拟电子技术和数字电子技术是电子信息类各专业的重要的技术基础课程，对于继续学习有关专业课程有着重要的影响。理论基础：电路理论同步课程：数字电子技术后续课程：微机原理等返回现在是9页\一共有39页\编辑于星期六1常用半导体器件1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3晶体三极管1.4场效应管

1.5单结晶体管和晶闸管1.6集成电路中的元件

现在是10页\一共有39页\编辑于星期六本章要求掌握：二极管、三极管的外特性及主要参数的物理意义理解：PN结、二极管的单向导电性、稳压管的稳压作用及三极管的放大作用了解：二极管、三极管的选用原则现在是11页\一共有39页\编辑于星期六1.1半导体基础知识

1.1.1

本征半导体

1.1.2杂质半导体

1.1.3

PN结半导体的导电机制现在是12页\一共有39页\编辑于星期六1.典型的半导体材料元素 硅（Si）、锗（Ge）化合物 砷化镓（GaAs）掺杂元素或化合物 硼（B）、磷（P）半导体现在是13页\一共有39页\编辑于星期六半导体有温敏、光敏和掺杂等导电特性。2.导体、绝缘体和半导体的划分根据物体导电能力，来划分导体和绝缘体。导体

绝缘体导电能力用电阻率(或电导率）来描述：导体＜10-4Ωcm绝缘体＞109Ωcm半导体现在是14页\一共有39页\编辑于星期六4.

半导体的共价键结构14原子核电子价电子硅的原子结构硅14—1s2，2s2，2p6，3s2，3p2锗32—1s2，2s2，2p6，3s2，3p6，3d10，4s2，4p2现在是15页\一共有39页\编辑于星期六1.本征半导体(导体ρ＜10-4Ω·cm,

半导体常见材料硅(Si)锗(Ge)1.1.1Ge和Si原子的简化模型

纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。绝缘体ρ＞109Ω·cm)10-4Ω·cm＜ρ

＜

109Ω·cm1.1.1

本征半导体现在是16页\一共有39页\编辑于星期六2.本征半导体晶体结构图1.1.2本征半导体晶体结构示意图共价键结合力强本征半导体导力弱晶体中原子的排列方式现在是17页\一共有39页\编辑于星期六3.本征半导体中的两种载流子

热力学零度（T=0K）,半导体中没有自由电子,相当于绝缘体。本征半导体不导电。常温（T=300K）热激发（本征激发）：共价键中的价电子能量自由电子空穴+(+)(-)在电场的作用下空穴运动：价电子填补空穴的运动晶体共价键结构平面示意图图1.1.3本征半导体中的自由电子和空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴自由电子当温度升高或受到光的照射时(T>0K)，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，由价带进入导带，而参与导电，成为自由电子。自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。现在是18页\一共有39页\编辑于星期六图1.1.4自由电子进入空穴产生复合运动复合：自由电子和空穴相遇温度T一定,ni（自由电子浓度）T↑→=pi(空穴浓度）ni↑

=pi↑半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，那么，电子空穴对是否会越来越多，电子和空穴浓度是否会越来越大呢？+4+4+4+4+4+4+4+4+4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。现在是19页\一共有39页\编辑于星期六可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。在外电场作用下，空穴可以自由在晶体中运动，从而和自由电子一样可以参加导电，载流子为自由电子和空穴，载流子越多，导电能力越强，但不如导体。现在是20页\一共有39页\编辑于星期六1.1.2杂质半导体

在本征半导体中人为掺入微量的杂质，称为杂质半导体。掺杂是为了显著改变半导体中的自由电子浓度或空穴浓度，以明显提高半导体的导电性能。半导体的掺杂现在是21页\一共有39页\编辑于星期六在硅（锗）单晶中掺入少量三价元素（硼），则三价元素原子在晶格中缺少一个价电子，从而产生一个空穴。空穴原因：掺杂（90％以上）＋本征激发（空穴、自由电子）2.三价元素掺杂——P(空穴)型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体现在是22页\一共有39页\编辑于星期六

这一现象称为受主电离。

空位很容易俘获邻近四价原子的价电子，即在邻近产生一个空穴，空穴可以参与导电。空位俘获电子后，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。负离子束缚于晶格中，不参与导电。掺杂后P型半导体中的空穴浓度等于掺杂浓度。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，它仍由热激发形成。现在是23页\一共有39页\编辑于星期六3.五价元素掺杂——N(电子)型半导体在硅（锗）单晶中掺入少量五价元素(磷)，则五价元素原子在晶格中多余一个价电子。1000个自由电子＝掺杂900个＋本征激发100个（100个空穴）++++++++++++++++++++++++N型半导体现在是24页\一共有39页\编辑于星期六

多余价电子容易成为自由电子，可以参与导电。提供自由电子后的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子称为施主杂质。正离子束缚于晶格中，不参与导电。掺杂后N型半导体中的自由电子浓度等于掺杂浓度。在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由掺杂形成；空穴是少数载流子，它仍由热激发形成。P型半导体和N型半导体掺入微量杂质元素后,导电能力大大提高,但并不用来导电。呈电中性?

这一现象称为施主电离

在N型半导体中自由电子数等于正离子数和空穴数之和，自由电子带负电，空穴和正离子带正电，整块半导体中正负电荷量相等，保持电中性。现在是25页\一共有39页\编辑于星期六杂质半导体的示意表示法：－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P(空穴)型半导体++++++++++++++++++++++++N(电子)型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。现在是26页\一共有39页\编辑于星期六N型半导体P型半导体自由电子（掺杂形成）→多子←空穴（掺杂形成）空穴（热激发形成）→←自由电子（热激发形成）少子呈电中性综上所述：现在是27页\一共有39页\编辑于星期六4.载流子的产生与复合产生：价电子获得额外的能量（激发能），从价带跃迁到导带，而产生载流子的过程。产生的形式：本征激发（电子空穴对）、施主电离、受主电离。

复合：自由电子与空穴相遇，重新填入共价键中空穴的过程，复合使自由电子和空穴成对地消失。复合与产生是半导体的一对矛盾，在一定温度下，二者处于一定的动态平衡中。现在是28页\一共有39页\编辑于星期六－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体

在一块完整的本征硅（或锗）片上，用不同的掺杂工艺一边形成N型半导体，一边形成P型半导体。在这两种半导体交界面附近形成的一个特殊性质的薄层，称为PN结。1.1.3PN结现在是29页\一共有39页\编辑于星期六1.PN结的形成漂移运动：在电场作用下，载流子的运动。→漂移电流扩散运动：同类载流子由于浓度差引起的运动。→扩散电流现在是30页\一共有39页\编辑于星期六内电场少子的漂移运动P型半导体N型半导体

内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。

扩散的结果使空间电荷区变宽。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－空间电荷区P(N)区中同类载流子浓度差多子的扩散产生空间电荷区（内电场）促进少子漂移扩散与漂移运动达到态平衡时，PN结形成阻止现在是31页\一共有39页\编辑于星期六PN结的形成过程对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结

(0.5μm~0.75mm),也称耗尽层,阻挡层,势垒区,内电场区,离子区。现在是32页\一共有39页\编辑于星期六因浓度差空间电荷区形成内电场

内电场促使少子漂移

内电场阻止多子扩散

多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。平衡PN结中扩散电流和漂移电流大小相等而方向相反，所以无外加电场或其他激发因素时，PN结中没有电流。多子的扩散运动

由杂质离子形成空间电荷区小结现在是33页\一共有39页\编辑于星期六考虑外加电压于PN结上，根据外加电压的极性有两种情况PN结加正向偏置电压（正偏）：PN结加正向电压时的导电情况2

PN结的特点外加电压使内电场减小以致阻挡层变窄多子形成的扩散电流增加漂移电流减小从电源正极有流入P区的正向电流P区接电源正极现在是34页\一共有39页\编辑于星期六PN结加反向电压时的导电情况

由于在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。N区接电源正极外加电压使内电场增加以致阻挡层加宽扩散电流进一步减小趋于零少子形成的漂移电流居支配地位从电源正极有流入N区的很小的反向电流2

PN结加反向偏置电压（反偏）：现在是35页\一共有39页\编辑于星期六PN结正偏时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻；PN结导通PN结反偏时，仅有很小的反向漂移