模拟电子技术基础第章

半导体基础知识32.1PN结2.2场效应晶体管32.5双极型晶体管2.4晶体二极管32.3晶体管低频小信号模型2.6第二章常用半导体器件原理1

本征半导体根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体：硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体导电性能受温度、光照和掺杂影响。2-1半导体物理基础导体半导体绝缘体有良好的导通性对电信号起阻断作用导电能力介于导体和绝缘体之间2１、外层４个电子；２、共价健＋４半导体特性：半导体导电性能受

温度、光照和掺杂影响。2-1半导体基础知识结构特点物质的导电能力由物质原子的内部结构和原子间的组合方式决定。3无自由电子受掺杂影响受光照影响受温度影响半导体的导电特点硅晶体的空间排列共价键结构平面示意图硅4晶体结构完整化学成分纯净的半导体称为本征半导体无杂质纯净在物理结构上呈单晶体形态。2.1.1本征半导体2-1半导体基础知识单晶硅5一、半导体中的载流子１、热力学温度0K无外界激发2.1.1本征半导体2-1半导体基础知识62.1.1本征半导体2、热力学300K室温，产生自由电子一、半导体中的载流子光照激发(c)自由电子空穴本征激发7一、半导体中的载流子１、热力学温度0K无外界激发自由电子：价电子能量增高，有的价电子挣脱原子核的束缚，而参与导电。2、热力学300K室温，产生自由电子空穴：价电子离开共价键后留下的空位称为空穴。这一现象称为本征激发，也称热激发。2.1.1本征半导体2-1半导体基础知识83、空穴的移动（动画2-1）空穴在晶格中的移动9本征情激发豪和复购合的芹过程（动画届1-粗1）2.痕1.父1本征相半导挎体二、本征犯激发辈和复古合2贞-1菠半探导体小基础膝知识10价电翠子获得乳能量挣脱茅原子秤核的跟束缚撕，成饭为自纸由电勇子，革从而享可能灭参与脱导电叶。这耽一现夸象称赌为本绒征激把发本征歇激发复合自由届电子释放捕能量而进袭入有山空位间的共烈价键北，使栗自由电子学和空方穴成良对消足失这眯一现景象称权为复生合。在外婶电场舟作用姨下电但子空汽穴对霉作定糟向运斩动形佳成的裂电流拘。漂移伍电流产生电子丑空穴杰对11导电徒性能畅发生泪变化N型半时导体(2辫)P型半垄导体2.犯1.殊2杂质跳半导礼体在本副征半烧导体瓦中参专入杂质的半仗导体伤称杂质辱的半其导体杂质变主要庆是三移价或燃五价槽元素参入投少量获五价栗元素参入未少量鞭三价枣元素2驰-1控半塔导体艰基础间知识Te怨xtTe大xtTe拜xt参杂结果形成律两种窗半导锐体材潮料12(1警）N型半劫导体在本供征半咐导体丽中掺校入五派价杂心质元浓素（令例如脑磷）哨，可纺形成N型半弦导体,也称电子甚型半榜导体。自由电子13(2胜)栗N搬型半威导体提供规自由但电子信的五沈价杂窝质原须子因绕带正逮电荷册而成钱为正离滚子，因草此五素价杂册质原苹子也锈称为施主羊杂质。本征激发参杂空穴本征激发自由计电子>>电子猴是多数射载流钢子，主饭要由宿掺杂辨形成闻；空穴有是少数核载流蠢子，由声热激皆发形抱成。14(2围)灯P巴型半笼导体在本盈征半找导体驶中掺堂入三箩价杂甜质元南素（乔如硼详、镓贡、铟煎等）默形成倡了P型半爹导体，也称失为空穴第型半步导体。空穴15(2吸)惩P以型半联导体空穴第很容链易俘馒获电陆子，继使杂气质原冲子成陷为负离欲子。三序价杂杠质捆因而垒也称砍为受主户杂质。本征激发参杂空穴本征激发自由馒电子>>空穴晨是多数插载流别子，主焦要由拣掺杂通形成负；电子帆是少数虹载流息子，由散热激饿发形奏成。16本征T=3控00降K隙室温裳下,效本征鹅硅的晕电子箩和空或穴浓悄度:n=p=1若.4迹×1锈010/c节m3掺杂Ad浩d们Yo应ur司T男it啄le掺杂绑后县N国型半呀导体扶中的昼自由截电子爪浓度季:n=p=1裤.4跑×1遣010/c另m3本征刷硅Ad出d饱Yo秀ur选T亲it乖le本征塔硅的绑原子逼浓度伍:4.爹96顷×1足022/c污m32.饲1.新3凝杂质孕对半堪导体歇导电严性的衣影响2咳-1刘半横导体执基础沿知识典型粒的数经据如勺下:172.厕1.仆4罩半导店体中靠的电鲁流飘移鬼电流扩散春电流在电府场作统用下势，载毯流子变定向帐运动解形成盟的电荣流。电场派越强考，载校流子细浓度约越大誉飘移嘴电流追越强耻。由于卸载流倚子浓皮度不铺均匀堂，从艺浓度犬大处赢向浓字度小每处扩植散，碧形成伴扩散欢电流参。扩散终电流傻大小勾与浓秒度梯吨度有拒关。2惠-1货半矩导体毒基础笼知识182.鸟2政PN塑结2.早2.截1松P并N结盟的形古成2.捉2.适2专P排N结凡的单击向导饶电性2.急2.言3桃P腐N结吧的击票穿特宋性2.贯2.箩4凶P秧N结凳的电崇容效别应192.纪2.叨1垄P琴N结盘的形缎成N型半桨导体洞和P型半毅导体怎紧密勺结合颂在一辅起。色在N型半穴导体籍和P型半设导体娇的结荐合面蜻上形衰成PN欣结。扩散电流20内电场随着磨扩散膀运动风的进狂行，在界丙面N区的游一侧脑，杂地质变汤成正过离子宿；在界黑面P区的哑一侧违，杂晓质变枪成负恒离子周。在N型和P型半拖导体泼界面大的N型区旅一侧仍会形衫成正屿离子位薄层阀；在N型和P型半祥导体靠界面博的P型区旬一侧透会形窝成负蠢离子躁薄层散。这种赖离子废薄层邻会形争成一巧个电敲场，抬方向倒是从N区指女向P区，裹称为内电驼场，21内电教场的原出现露及内那电场宴的方喊向会融对扩骆散运凶动产倍生阻滩碍作步用，桥限制手了扩尤散运宵动的辟进一居步发趣展。职在半馅导体表中还田存在辩少子患，内列电场读的电奴场力疑会对鼻少子终产生肚作用氏，促速使少座数载割流子炕产生漂移具运动。内电场漂移电流22内电场扩散电流漂移电流扩散电流漂移电流最后田,多飞子的扩散和少收子的漂移达到动态列平衡。对圈于P窝型半棕导体着和N渡型半阻导体敢结合今面，贞离子霜薄层加形成艳的空间胖电荷炸区称为PN功结。在汽空间陈电荷拴区，桃由于赛缺少转多子骄，所简以也乐称耗尽弄层。23在N型和P型半泥导体极的结摩合面丘上发每生物爹理过泛程总结:因浓绪度差空间商电荷难区形该成内疗电场内电黄场促谷使少颗子漂肝移内电左场阻昌止多深子扩行散最后游,多粉子的扩散和少萌子的漂移达到动态致平衡。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。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。多子节的扩听散运丘动由杂质平离子劣形成裙空间名电荷拆区24浓度浅差扩散将运动电荷根区电场阻止缠扩散勺运动促使惠漂移垒运动{25PN浪结最俘重要闷的特州性是兽单向陷导电承特性盖，先扑看如岭下实泽验。实验：PN链结的坑导电借性。按授如下公方式排进行树PN昏结导份电性什的实盈验，帐因为衰PN宴结加叨上封鞭装外疗壳和晨电极颤引线骨就是窄二极累管，攻所以凤拿一酷个二犯极管阴来当篮成P科N结洽。P友区为拒正极赵；N衡区为仁负极弦。对偶于图荐示的觉实验老电路鸡，（挂表示喊二极替管负约极的佣黑色辰圆环曲在右灰侧。般此时纵发光性二极糖管导便通而岁发光苗。电源炊正极P味N发光乖二极场管发脆光PN箭结的呈单向继导电收性26此时舰发光剃二极弊管不蚁发光青，说注明P械N结私不导袖电。诸这个造实验鞭说明眠PN描结（菜二极张管）誓具有才单向出导电苗性。N麻P发光凉二极句管熄届灭PN天结具葛有单盐向导额电性犯，若P缺区的歼电位纽奉高于检N区袜，电奶流从肚P区加流到思N区潜，P怕N结死呈低帜阻性亏，所凡以电殃流大保；若P串区的探电位闸低于冠N区强，电窜流从赶N区俭流到挥P区卡，P膀N结息呈高隔阻性咐，所臂以电忠流小凝。结论27当外建加电游压使PN结中P区的隙电位浸高于N区的城电位闯，称侄为正向悦偏置，简采称正偏。当外断加电呢压使PN结中P区的闪电位小低于N区的毁电位其，称为反向欧偏置，简称反偏。定京义下面雅对P隔N结魔的单忆向导年电性拉进行现解释堆。282.验2.镇2.心1恋P安N结阁加正奸向电宇压时搭的导漠电情凤况外电场外加剂的正向勉电压有一芬部分耗降落集在PN结区罪，方呆向与PN结内闻电场韵方向捉相反秩，削弱跪了内膨电场。于胳是，巴内电亡场对闻多数帮载流行子扩剧散运易动的洒阻碍液减弱询，扩散违电流鬼加大。扩晌散电罗流远篇大于弱漂移孙电流炼，可宴忽略屿漂移受电流梨的影葡响，PN随结呈滤现低费阻性。内电场内电场IF292.根2.蜡2易PN慢结加铺反向康电压据时的圆导电崇情况PN疼结加喊反向盲电压肃时，珍有一戴部分害降落锁在P诸N结材区，理方向捆与P踢N结窑内电匀场方甘向相铜同，活加强序了内块电场粗。内电院场对跪多子题扩散务运动超的阻抽碍增注强，俗扩散厅电流途大大槐减小鸡。此誓时P靠N结韵区的骡少子书在内眼电场县作用宿下形容成的漂移逢电流脉大于价扩散炒电流，可驻忽略释扩散推电流叶，P恋N结唐呈现腔高阻射性。内电场IS外电场在一亭定的捞温度绪条件狐下，疤由本舅征激邪发决两定的挽少子衫浓度培是一惜定的模，故距少子泻形成千的漂齐移电深流是匹恒定染的，张基本淡上与铅所加协反向鸡电压仗的大果小无姜关，雨这个救电流款也称呀为反向取饱和莲电流IS。内电场30PN画结加岂正向纲电压箭时，披呈现忽低电建阻，胳具有办较大坊的正水向扩共散电键流；PN薪结加钥反向堡电压景时，遍呈现侦高电都阻，所具有管很小苹的反掏向漂扬移电积流。PN颂结具舰有单餐向导侮电性31其中PN结的伏安特性IS——舞反向惨饱和价电流VT——现温度葵的电纵压当煎量且在雪常温刃下（T=3五00婆K）2.厅2.佩2.夹3间P创N结卫的I代-V浆方程PN塞结的佳电压域和电悟流之既间的嘉关系播为：32PN朝结的眉伏安彻特性拳曲线沿如图赞所示份。处于横第一杂象限莫的是馒正向无伏安厨特性渣曲线绑，处于狸第三棵象限拆的是纠反向靠伏安搁特性嫁曲线酷。正向价偏置：U>愧0.浆1反向膜偏置：|u|产>0堪.133PN馋结的医反向笑击穿当P老N结佛的反川向电栗压增独加到典一定脸数值议时，吃反向夺电流弊突然悼快速呼增加密，热击球穿—葵—不泊可逆雪崩击穿齐纳击穿电击穿——可逆此现挥象称喇为P物N结勒的反向诉击穿炸。342.孤2.座3彻P拳N结仿的击棕穿特售性1、脸雪崩敌击穿

PN结的反向电压大于某一值()时,反向电流突然剧增，这种现象称为PN结的击穿发生济击穿躲所需抵的电艳压称让为击穿即电压隶（UBR）低参棍杂、雄高电蚂压2、荷齐纳税击穿高参犁杂、败低电瓣压351、膜雪崩匹击穿反向电压少子动能少子速度碰撞共价键中电子产生自由电子电流剧增条件世：低参毁杂、血高电淡压（耗尽卫区宽精碰撞厅机会错多）对硅材料：362、是齐纳烫击穿条件品：高掺归杂、育低电皆压（耗尽宜区窄艺，低妄电压乘产生存强电巴场）对硅材料：低电缴压产生强搬电场产生空穴电子对电流剧增耗尽区窄拉出共价键中电子372.北2.菠4俗P灭N结侄的电谜容效悠应PN柳结具顷有一种定的父电容先效应塔，它终由两早方面伪的因报素决饮定。一是草势垒践电容CB，二是是扩散鲁电容CD。38(1雅)洁势劈燕垒电柏容CB势垒宴电容代是由描空间眨电荷胞区的享离子据薄层版形成讽的。势垒紫电容赤示意状图当外苏加电熟压使蒙PN碍结上娃压降课发生初变化匹时，饱离子悲薄层除的厚康度也张相应壮地随程之改震变，膝这相捏当P贴N结廉中存休储的蔽电荷静量也叼随之头变化耗，犹群如电畜容的肺充放泥电。39(1猎)慰势喝垒电侦容CB随着顶外加闷电压在的变像化离时子薄晕层的众厚度酿的变陶化情妄况。外加反向电压高外加正向电压低u=0时的n：为变容指数为内建电位差40扩散雷电容停是由芹多子抽扩散安后，从在P询N结向的另拦一侧道面积佳累而捆形成纳的。(2沿)葱扩糠散电崖容CD反之仁，由帝P区也扩散乖到N扣区的据空穴松，在渔N区欧内也唇形成类什似的摘浓度忧梯度租分布绢曲线台。PN乎结正疗偏时门，缠由N穷区扩嘉散到枪P区段的电答子，川与外