模拟电子技术1-1

第一章半导体器件(1-2)第一章半导体器件§1.1

半导体二极管§1.2二极管的单向导电原理

§1.2.1半导体的基本知识

§1.2.2PN结§1.3

特殊二极管§1.4

半导体三极管§1.5

场效应晶体管(1-3)§1.1半导体二极管PN一、二极管的电路符号：★★★★★*(1-4)

二、伏安特性(★★★★★**)反向击穿电压反向饱和电流导通电压开启电压(mA)(μA)导通压降:硅管0.7V,锗管0.3V。死区电压硅管0.6V,锗管0.2V。(1-5)二极管的单向导电性例1

Multisim仿真实验(1-6)二极管：死区电压=0.6V，正向压降

0.7V(硅二极管)

理想二极管：死区电压=0，正向压降=0

uiuott二极管半波整流RLuiuo例2+-u2正半周时电流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo例3二极管全波整流-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路Multisim波形仿真实验自愿提交(1-9)1.2.1.1导体、半导体和绝缘体导体：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。§1.2.1半导体的基本知识★★★****

(1-10)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。

往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。(1-11)一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。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。1.2.1.2

本征半导体(1-12)本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。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，每个原子与其相临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：(1-13)硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子(1-14)共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，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。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(1-15)二、本征半导体的导电机理在绝对0度（T=0K）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），它的导电能力为0，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.载流子、自由电子和空穴(1-16)+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子(1-17)2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4空穴吸引附近的价电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。(1-18)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。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。

2.空穴移动产生的电流。思考？能否通过某种方式来增加载流子浓度，提高导电能力(1-19)在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。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（电子半导体）。1.2.1.3

杂质半导体(1-20)+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体中的载流子是什么？1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。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。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。一、N型半导体(1-21)二、P型半导体+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。空位在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），(1-22)三、杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N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。(1-23)注意！无论是本征半导体，P型半导体，N型半导体，都同时存在空穴和电子两种载流子，都参与导电。在本征半导体中，两种载流子的浓度相同在P型半导体中，空穴浓度大于电子浓度在N型半导体中，电子浓度大于空穴浓度

(1-24)1PN结是如何形成的？2什么是扩散电流和漂移电流？3PN结正偏和反偏的条件是什么？4PN结在正偏和反偏条件下，说明它的导电特点。5当温度升高以后，PN结的导电情况会有什么变化？6说明为什么PN结的反向饱和电流在一定条件下是一个常数？观看录像时需要重点考虑的问题(学会带着问题有侧重点地去了解和认识事物)：§1.2.2PN结的单向导电特性

★★★****(1-25)1.2.2.1PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。§1.2.2PN结的单向导电特性

★★★****(1-26)P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。内电场越强，漂移运动就越强，而漂移的结果使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。(1-27)漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E

当扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡时，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。(1-28)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空间电荷区N型区P型区电位VV0耗尽层、势垒区、阻挡层(1-29)可以用下列箭头来描述PN结的形成过程（学会概括总结，抓住关键词）

因浓度差

形成多子的扩散运动

杂质离子形成空间电荷区

我们称从N区指向P区的内电场为PN结。因为离子薄层中的多数载流子已经扩散尽了，缺少多子，所以这个离子薄层也称为耗尽层。所以PN结有许多别名，离子薄层、空间电荷区、耗尽层、内电场等等。

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↗→达到动态平衡(1-30)1.空间电荷区中几乎没有载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区

中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3.P区中的电子和N区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意:(1-31)1.2.2.2PN结的单向导电性

PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：

P区加正电压、N区加负电压。

PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是：

P区加负电压、N区加正电压。1.2.2.2PN结的单向导电性正向偏置扩散运动PN结导电1.2.2.2PN结的单向导电性PN结增宽，阻碍扩散运动，只有微弱的漂移电流形成反向偏置漂移运动PN结截止1.2.2.2PN结的单向导电性(1-35)PN结外加偏置总结PN结具有单向导电性：

1、加正向电压时，PN结处于导通状态，扩散运动，正向电流较大。

2、加反向电压时，PN结处于截止状态，漂移运动，反向电流很小。(1-36)关于耗尽层宽窄变化问题无外加偏置时扩散引起耗尽层内的多子复合，使耗尽层加宽，加强内电场。漂移阻止扩散的进行，使耗尽层变窄，削弱内电场。加偏置时正向偏置，削弱内电场，使耗尽层变薄反向偏置，加强内电场，使耗尽层变厚(1-37)无论掺杂浓度高低，内建电场的强度维持在0.6伏左右达到平衡。因此，掺杂浓度越高，PN结边界离子浓度越高，在0.6伏等值强度约束下，PN结越薄。(1-38)小结

二极管的单向导电二极管的伏安特性二极管的导电原理半导体知识

PN结的单向导电特性二极管就是封装后的PN结(1-39)重要概念1.载流子：能够导电的电荷半导体中的两种载流子：自由电子

空穴两种载流子导电差异自由电子在晶格中自由移动空穴运动实质是价电子的填补空穴的运动，始终在原子的共价键间运动(1-40)重要概念2.杂质半导体N(Negativ