低频模拟电路1章半导体器件

这种热激发称为本征激发。
空穴
+4
+4
自由电子
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+4
+4
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束缚电子
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本征激发使半导体中存在数量相等的两种载流子， 即自由电子和空穴。(电子----空穴对)
空穴
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+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
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2.本征半导体的导电机理
本征激发使半导体中存在数量相等的两种载流子， 即自由电子和空穴。(电子----空穴对)
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三、 PN 结及半导体二极管
(1) PN 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。
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内电场越强，漂移运动 越强，漂移使空间电荷 区变薄。
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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。
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半导体的共价键结构
现代电子学中，用的最多的半导体是硅 Si（+14）和锗 Ge（+32），它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Si
Ge
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 12
一、本征半导体： 完全纯净的、结构完整的
半导体晶体。
1) 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。
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模拟电子线路
第一章
半导体器件
（半导体二极管,三极管 场效应管）
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§1.1 半导体器件的基本知识
1.1.1 导体、半导体和绝缘体
单向导电特性
实际二极管的照片
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电路符号
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§1.1 半导体器件的基本知识
有：
n0 =Nd+ p0≈Nd
其中：
n0 为电子浓度； p0 为空穴浓度； Nd 为正离子浓度。
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(4) 、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
实际二极管的照片
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电路符号
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2、伏安特性
正向特性： • 非线性；
+
-uD
uDD
iD A
iD
B
R
• 有Uth ～ 0.5V； • AB 段近似为直线；
其斜率的倒数为导通(直 流）电阻RD。
• 导通电压（UD(ON)) 反向击穿
～0.7 V。
电压UBR
反向特性：
杂质型半P 型导半体导多体子（和Na)少子的移动N都型能半导形体成(电Nd)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。
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(5) 、载流子的漂移与扩散运动
(一)、漂移与漂移电流 外加电场E产生漂移电流Jt
Jpt qppE
Jnt (q)nnES
数字信号：是信号随时间的非连续函数。
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处理与传输信息的回路－－电路。 电子线路由R.C.L及半导体器件或电子 管等电子元器件器件组成 电子线路的划分： 按工作器件状态：线性，非线性电路。
按工作频率范围：高频与低频电路。 低频电路组成既有线性电路又有非线性电路 高频电路以非线性电路组成为主。
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学习要求： （1） 看懂电路图，分析、弄清信号流向。 （2） 按图安装。 （3） 计算，设计电路。
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(2) PN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、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、N 区加正电压。
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1)、PN 结正向偏置
+ P
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的正向扩散电流 IF 。(正向导通)
1.1.1 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。
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空穴电流
电子电流
p、n 空穴与电子浓度 Jt
q是电子电量，E 为外加电场强度
迁移率
μp和μn分别为空穴和自由电子的 迁移率(Mobility)。迁移率表示单 位场强下的平均漂移速度， 单位为cm2／V·S，
E + V --
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光 N型半导体
(二)、扩散与扩散电流 浓度差dn/dx产生扩散电流Jd
硅和锗的晶体结构
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硅和锗的共价键结构
+4表示 除去价电 子后的原
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
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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
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，本征 半导体的导电能力很弱。
教材和主要参考书籍： (1) 熊年禄等，低频模拟电路，武汉大学出版 社，2008.2 (2) 谢嘉奎等，电子线路 （线性部分 第四版） 高等教育出版社，2002.2
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(3) 汪胜宁 程东红，《电子线路（第四版）》 教学指导书，高等教育出版社，2003
(4) 康华光等，电子技术基础 （模拟部分 第五 版） 高等教育出版社，2006.1. 及相关配套书籍. （5）张肃文编，低频电子线路，高等教育出版 社，1998.1。
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(2)、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入 空穴
+4
少量的三价元素，如硼
（或铟），晶体点阵中的
某些半导体原子被杂质取
+4 +3 +4
代，硼原子的最外层有三
个价电子，与相邻的半导
体原子形成共价键时，产 生一个空穴。这个空穴可
硼原子
+4
能吸引束缚电子来填补，
使得硼原子成为不能移动
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漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － + + + + + +
最后扩散－和－漂－移－这一－对－相反+的运+ 动+ 最+终+达到+ 平衡， 相当于P－区－、N－区－之间－ 没－有电+荷+运动+ ，+ 空+间+电荷区 的厚度固定不变。
－－－－ － － + + + + + +
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2) 本征半导体的激发和复合 1.本征激发，载流子、自由电子和空穴
在绝对温标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。
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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。
化时得到uD与iD 的变化曲线
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1.1. 2 半导体二极管
1、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
触丝线
PN结
引线
外壳
基片
二极管的电路符号：
＋
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面接触型
－
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§1.1 半导体器件的基本知识
1.1.1 导体、半导体和绝缘体
熊年禄 62615860
低频模拟电子电路
（线性、低频电子线路）
第一章 半导体器件
（3-4周）