模电课件_电子科大李朝海1.1
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模拟电子技术基础课件 第1讲 绪论_图文
五、课程的目的本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。
1. 掌握基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验技能。
2. 具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。
建立起系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和创新意识。
六、考查方法 1. 会看：定性分析 2. 会算：定量计算 } 考查分析问题的能力 3. 会选：电路形式、器件、参数考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA 考查解决问题的能力－－实践能力综合应用所学知识的能力清华大学华成英 hchya@。
电子科大课堂讲义模拟电路1序言-PPT精选
无外加电场时，自由电子、空穴的运动杂乱无章。
外加电场时，自由电子逆电场、空穴顺电场方向 运动，分别形成电子电流和空穴电流。
载流子：运载电荷的粒子。
半导体导电的特点：
半导体中有两种载流子（自由电子、空穴）。
电子-空穴对的复合： 电子、空穴在运动中相遇重新结合而使电子-空穴 对消失的过程。
载流子的产生与复合 本征半导体中同时存在载流子产生与复合过程。 在一定温度下，二者达到动态平衡，使半导体中 的载流子浓度保持一定值；温度变化时，则在新 温度下达到新的浓度。
大规模向超大规模方向发展）。
第一章 晶体二极管及应用电路 1-1 半导体材料及导电特性
物质按导电能力分为导体、半导体、绝缘体。 用于制造半导体器件的半导体材料主要是硅（Si） 和又锗 称（ 为晶Ge体）管，。它们具有晶体结构，故半导体器件
一、本征半导体 完全纯净、没有结构缺陷的半导体单晶。 Si和Ge原子结构模型
稳压二极管是一种特殊二极管，与普通二极管工 作在正向、反向特性区不同，稳压管是专门工作 于反向击穿区。 工作原理：利用反向击穿后电流在一定范围内变 化时，其端电压几乎不变的特点，在电路中作稳 压使用。
稳压管特点： 1、PN结易击穿，其击穿电压比普通二极管击穿电压
低很多； 2、 PN结面积大，散热条件好，使反向击穿在较大范
（ ）。
（1）增大10﹪
（2）减小10﹪
（3）增大值大于10﹪
（4）不变
二极管V～A特性曲线的几个区域：
Si和Ge二极管伏安特性区别：
正向特性：导通电压UON（UD）不同 Si管0.7V左右，Ge管0.3V左右
反向特性：反向饱和电流IS不同 Si管纳安（10-9A）级， Ge管微安（10-6A）级
外加电场时，自由电子逆电场、空穴顺电场方向 运动，分别形成电子电流和空穴电流。
载流子：运载电荷的粒子。
半导体导电的特点：
半导体中有两种载流子（自由电子、空穴）。
电子-空穴对的复合： 电子、空穴在运动中相遇重新结合而使电子-空穴 对消失的过程。
载流子的产生与复合 本征半导体中同时存在载流子产生与复合过程。 在一定温度下，二者达到动态平衡，使半导体中 的载流子浓度保持一定值；温度变化时，则在新 温度下达到新的浓度。
大规模向超大规模方向发展）。
第一章 晶体二极管及应用电路 1-1 半导体材料及导电特性
物质按导电能力分为导体、半导体、绝缘体。 用于制造半导体器件的半导体材料主要是硅（Si） 和又锗 称（ 为晶Ge体）管，。它们具有晶体结构，故半导体器件
一、本征半导体 完全纯净、没有结构缺陷的半导体单晶。 Si和Ge原子结构模型
稳压二极管是一种特殊二极管，与普通二极管工 作在正向、反向特性区不同，稳压管是专门工作 于反向击穿区。 工作原理：利用反向击穿后电流在一定范围内变 化时，其端电压几乎不变的特点，在电路中作稳 压使用。
稳压管特点： 1、PN结易击穿，其击穿电压比普通二极管击穿电压
低很多； 2、 PN结面积大，散热条件好，使反向击穿在较大范
（ ）。
（1）增大10﹪
（2）减小10﹪
（3）增大值大于10﹪
（4）不变
二极管V～A特性曲线的几个区域：
Si和Ge二极管伏安特性区别：
正向特性：导通电压UON（UD）不同 Si管0.7V左右，Ge管0.3V左右
反向特性：反向饱和电流IS不同 Si管纳安（10-9A）级， Ge管微安（10-6A）级
电子科技大学《微电子器件》课件PPT微电子器件(4-2)
1
QA (S,inv )
COX
2q NAs 2
COX
1
2FP VS VB 2 K
1
2FP VS VB 2
式中， K
2q
1
NAs 2
，称为 体因子。
COX
于是可得 N 沟道 MOSFET 的阈电压为
1
VT VB VFB K 2FP VS VB 2 2FP VS VB
4.2.1 MOS 结构的阈电压
本小节推导 P 型衬底 MOS 结构的阈电压。
1、理想 MOS 结构（金属与半导体间的功函数差 MS = 0 ，
栅氧化层中的电荷面密度 QOX = 0 ）当 VG = 0 时的能带图
上图中，
FP
1 q
Ei
EF
kT q
ln
NA ni
0
称为 P 型衬底的费米势。
由于 FB 与掺杂浓度 N 的关系不大，故可近似地得到
1
QAD
N
2 AD
VT
MS
TOX
OX
QOX
TOX
OX
QAD
2FB
e) 栅氧化层中的电荷面密度 QOX
QOX 与制造工艺及晶向有关。MOSFET 一般采用（100） 晶面，并在工艺中注意尽量减小 QOX 的引入。在一般工艺条件
因此 MOSFET 的阈电压一般表达式为
VT
VB
VFB
QA (S,inv )
COX
S,inv
以下推导 QA 的表达式。对于均匀掺杂的衬底，
1
QA (S,inv ) q NA xd
《模电课件大全》课件
THANKS
感谢观看
案例二：无线通信系统的实现
总结词
无线通信系统的实现案例探讨了模拟电子技术在无线通信领域的应用，重点介绍了无线发射机和无线 接收机的设计和实现。
详细描述
该案例首先介绍了无线通信系统的基本原理和组成，然后详细阐述了无线发射机和无线接收机的设计 和实现过程。通过电路图、原理分析和测试数据等手段，展示了无线通信系统的关键技术和性能指标 。最后，对无线通信系统的优势和局限性进行了分析和讨论。
模拟电子技术的发展趋势
总结词
随着科技的不断发展，模拟电子技术也在不断进步和 完善，未来将朝着更高精度、更高速度、更低功耗的 方向发展。
详细描述
随着集成电路和微电子技术的不断发展，模拟电子器件 的精度和稳定性得到了显著提高，同时其体积和成本也 在不断降低。此外，随着数字信号处理技术的广泛应用 ，模拟电子技术也与数字电子技术相互融合，形成了混 合信号处理技术。未来，模拟电子技术将继续朝着更高 精度、更高速度、更低功耗的方向发展，为各领域的科 技进步提供更加有力的支持。
02
模拟电子技术基础
电子元件
01
02
03
电子元件的种类
电子元件是构成电子设备 的基本单元，包括电阻、 电容、电感、二极管、晶 体管等。
电子元件的作用
电子元件在模拟电子技术 中起着关键作用，它们可 以用于信号处理、放大、 滤波、振荡等。
电子元件的特性
每种电子元件都有其独特 的电气特性，如电阻的阻 值、电容的容值、电感的 感值等。
音频信号的滤波
通过模拟电子技术，可以 对音频信号进行滤波处理 ，去除噪声和其他干扰。
音频信号的调制
通过模拟电子技术，可以 将音频信号调制到高频载 波上，以便于传输和广播 。
最新1.1-1.3模电课件
3. 电路元件的电功率（注意电源和负载的判断方法）
判断方法： 法1：根据功率的正负判断 法2：根据电压和电流的实际方向判断
①若一致，则为负载 ②若相反，则为电源
作业 P24 1-1，1-2 练习 1-3
结束语
谢谢大家聆听！！！
17
正电荷从元件上电压的负极经元件移动到电压的正极
时，电场力对正电荷作负功，则元件释放电能
一、电能
根据电压的定义式 uAB
W q
可知
从t0～t1时间内元件吸收的电能为
q(t )
W udq
i dq
dt
q(t0 )
W t u()i()d()
t0
《电路原理》多媒体课件
电子信息工程教研室
二、电功率
元件吸收的电功率 P(t)=u(t)i(t) 或 P=ui
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二、电压的方向
1.1-1.3模电课件
《电路原理》多媒体课件
二、电路原理的学习方法
电子信息工程教研室
1、认真听讲，有重点的作笔记；
2、课前预习，课后复习，有不懂的问题及时解决，不 能一直留到最后复习再解决；
3、认真做作业，作业都是有针对性对重点内容的理解、 巩固和记忆，避免抄袭现象；
4、对待实验要严肃、认真，实验不仅可以提高动手能 力，还可以加深对理论知识的理解和掌握。
模电第一节ppt
1785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著 名的库仑定律。即两电荷间的力与两电荷的乘积成正 比，与两者的距离平方成反比。库仑定律是电学发展 史上的第一个定量规律，它使电学的研究从定性进入 定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑。电荷的 单位库仑就是以他的姓氏命名的。同年，他在给法国 科学院的《电力定律》的论文中详细地介绍了他的实 验装置，测试经过和实验结果。
AHU
Fundamental of Electronic Technology
宋昴
1
AHU
Fundamentபைடு நூலகம்l of Electronic Technology
2
1.1 课程慨述 1.2 电子学发展史 1.3 信号的传输与电子系统 1.4 放大电路的基本知识 1.5 学习方法与要求
3
1.1 课程概述
6
库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。青少年 时期，他就受到了良好的教育。他后来到巴黎军事工 程学院学习，离开学校后，他进入西印度马提尼克皇 家工程公司工作。工作了八年以后，他又在埃克斯岛 瑟堡等地服役。这时库仑就已开始从事科学研究工作， 他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题上。
1777年法国科学院悬赏，征求改良航海指南针中的 磁针的方法。库仑对磁力进行深入细致的研究发现扭 力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置 算出静电力或磁力的大小。这导致他发明了扭秤， 1782年，他当选为法国科学院院士。
• 课程平时成绩占30%（其中课外作业占15%、课堂考勤占 15%），期末考试成绩占70% 。
4
1.2 电子学发展史
1750年，富兰克林指出：雷电与摩擦生电是一回事 1785年，库仑总结出电荷的力学定理 1800年，伏特创立了电位差理论 1820年，奥斯特发现导线通电磁针偏转 1831年，法拉第完成磁生电实验 1865年，麦克斯韦发表电磁理论公式 1888年，赫兹证明了电磁波的存在 1896年，马可尼发明电报，获1908年诺贝尔奖 1897年，汤姆孙发现电子，获1906年诺贝尔奖 1947年，萧克利、巴丁、布拉顿发明晶体管，获56年诺贝尔奖 1958年，基尔比发明集成电路，获2000年诺贝尔奖
AHU
Fundamental of Electronic Technology
宋昴
1
AHU
Fundamentபைடு நூலகம்l of Electronic Technology
2
1.1 课程慨述 1.2 电子学发展史 1.3 信号的传输与电子系统 1.4 放大电路的基本知识 1.5 学习方法与要求
3
1.1 课程概述
6
库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。青少年 时期，他就受到了良好的教育。他后来到巴黎军事工 程学院学习，离开学校后，他进入西印度马提尼克皇 家工程公司工作。工作了八年以后，他又在埃克斯岛 瑟堡等地服役。这时库仑就已开始从事科学研究工作， 他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题上。
1777年法国科学院悬赏，征求改良航海指南针中的 磁针的方法。库仑对磁力进行深入细致的研究发现扭 力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置 算出静电力或磁力的大小。这导致他发明了扭秤， 1782年，他当选为法国科学院院士。
• 课程平时成绩占30%（其中课外作业占15%、课堂考勤占 15%），期末考试成绩占70% 。
4
1.2 电子学发展史
1750年，富兰克林指出：雷电与摩擦生电是一回事 1785年，库仑总结出电荷的力学定理 1800年，伏特创立了电位差理论 1820年，奥斯特发现导线通电磁针偏转 1831年，法拉第完成磁生电实验 1865年，麦克斯韦发表电磁理论公式 1888年，赫兹证明了电磁波的存在 1896年，马可尼发明电报，获1908年诺贝尔奖 1897年，汤姆孙发现电子，获1906年诺贝尔奖 1947年，萧克利、巴丁、布拉顿发明晶体管，获56年诺贝尔奖 1958年，基尔比发明集成电路，获2000年诺贝尔奖
模电全套课件1
V 所以 Ro o RL RL V o V 另一方法 R T o I T
IT Vs =0
0 V s
+ 放大电路 – Ro
+ – VT
输出电阻 Ro 的大小决定了放大电路带负载的能力。
3. 增益
反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转 换为输出信号能量的能力。
7. 参考书
童诗白主编，《模拟电子技术基础》，高教出版社 陈大钦主编，《电子技术基础》教师手册，高教出版社
1 绪论
主要介绍电子电路的一些基本概念和放大电路的基本 知识，为后续各章的学习提供引导性的知识背景。
信号 信号的频谱 模拟信号和数字信号 放大电路模型 放大电路的主要性能指标
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
1. 输入电阻
V Ri i Ii
Rs + Vs – Ii + Vi – 放 大 Ri 电 路
输入电阻 Ri 的大小决定了放大电路从信号源吸 取信号幅值的大小。
2. 输出电阻
V A V o VO i
V A V o VO i RL Ro RL
放 大 电 路 Ro + AVOVi – + Vo – 放 大 电 路 Ro + AVOVi – + Vo – RL
T
Vs Vs O 2Vs
频域
2Vs
2Vs
3. 非周期信号 傅里叶变换： 周期信号离散频率函数 非周期信号连续频率函数
T/℃ 2 200.5 2 200.0 2 199.5
时域
0
10
20
30
模拟电子技术基础的ppt【可编辑全文】
可编辑修改精选全文完整版模拟电子技术根底的ppt模拟电子技术以晶体管、场效应管等电子器件为根底，以单元电路、集成电路的分析和设计为主导，研究各种不同电路的结构、工作原理、参数分析及应用。
1、模拟信号我们将连续性的信号称为模拟信号，而将离散型的信号称为数字信号。
2、模拟电路模拟电路是对模拟信号进行处理的电路，其最根本的处理是对信号的放大，含有功能和性能各异的放大电路。
电子信息系统由信号的提取、信号的预处理、信号的加工和信号的驱动与执行四局部构成，如下列图所示。
1、根本概念导体：极易导电的物体;绝缘体：几乎不导电的物体;半导体：导电性介于导体和绝缘体之间的物质;2、本征半导体共价键：在硅和锗的结构中，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子;自由电子：由于热运动，具有足够能量而挣脱共价键束缚的价电子;空穴：由于自由电子的产生，使得共价键中产生的空位置;复合：自由电子与空穴相碰同时消失的现象;载流子：运载电荷的粒子;导电机理：在本征半导体中，电流包括两局部，一局部是自由电子移动产生的电流，另一局部是由空穴移动产生的电流，因此，本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子浓度越高，本征半导体导电能力越强。
3、本征半导体共价键：在硅和锗的结构中，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子;自由电子：由于热运动，具有足够能量而挣脱共价键束缚的价电子;空穴：由于自由电子的产生，使得共价键中产生的空位置;复合：自由电子与空穴相碰同时消失的现象;载流子：运载电荷的粒子;导电机理：在本征半导体中，电流包括两局部，一局部是自由电子移动产生的电流，另一局部是由空穴移动产生的电流，因此，本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子浓度越高，本征半导体导电能力越强。
以实际材料为例，迅速讲解相关知识，举例大量的实际电路知识，图示性强。
能使人很清晰的看懂知识点。
第一章：直流稳压电源的制作与调试(第1-12课时)第二章：分立元件放大电路分析与调试(第12-30课时)第三章：集成运算放大器根底及负反应电路(第31-37课时) 第四章：集成运算放大器的应用(第38-49课时)第五章：功率放大电路(第50-58课时)第六章：正弦波振荡电路(第59-63课时)第七章：光电子器件及其应用(第64-68课时)第八章：晶闸管及其应用电路(第69-76课时)。
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在本征半导体中掺入少量的五价元素（如磷）
N型半导体
+4
+4 +5
+4
+4
+4
+4
磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相邻的半导体原子形成共 价键，必定多出一个电子，这个电子 几乎不受束缚，很容易被激发而成为 自由电子（常温下几乎完全电离）， 这样磷原子就成了不能移动的带正电 的离子。这一现象称为 “施主电离”。 磷原子称为施主原子。
+4
+4
+4
+ + + + + +
+4 +5 +4 +4
+ + + + + + + + + + + +
2. P 型半导体（ Positive 正）
在本征半导体中掺入少量的三价元素（如硼） P 型半导体。 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 一个空位。价电子因热运动很容易来 填补这个空位，使空位转移到半导体 原子上，产生空穴。同时使得硼原子 成为不能移动的带负电的离子。这一 现象称为受主电离。硼原子称为受主 原子。
第一章 常用半导体器件
第一章
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
§1.1
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结的形成及其单向导电性 1.1.4 PN结的电容效应
1.1.1 本征半导体
• 何谓半导体？
P区 N区
�正向偏置的PN结
外电场
内电场
R
E
2、 PN结的单向导电性
内电场被加强，多子的扩散 受抑制。少子漂移加强，但 P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏； 少子数量有限，只能形成较 小的反向电流。 变厚
�反向偏置的PN结
P区
N区
内电场 外电场
R
E
1.1.3 PN结
2、 PN结的单向导电性 结论：
施主电离： 产生自由电子和正离子对
+4 +4 +5 +4
本征激发： 产生自由电子和空穴对
1. N 型半导体(Negative 负）
施主电离 本征激发
自由电子和正离子 自由电子和空穴
自由电子 ——多数载流子
载流子
（多子）
空穴 —— 少数载流子
（少子）
+4
+4 +5
+4
空穴比未加杂质时的数目多 了？少了？为什么？ 电荷模型：
（1） 空间电荷区是非中性区，存在内建电场和内建电位 差Uho（内建电压）。 （2）对称结和不对称PN结： 不对称PN结空间电荷区主要向低掺杂区延伸。
P+N结
PN+结
（3） PN结又称耗尽层、又称阻挡层（内建电场E阻止 两区多子越结扩散）、又称势垒区。
2、 PN结的单向导电性
内电场被削弱，多子的扩 P区的电位高于N区的电位，称外加正向电压，简称正偏； 散加强能够形成较大的扩 变薄 散电流。
1.1.1 本征半导体
� 本征半导体的晶体结构和共价键
�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。 �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。
1.1.1 本征半导体
�本征半导体中的载流子浓度
简称本征浓度(ni=pi): 平衡状态下，本征半导体 单位体积内的自由电子数（空穴数）。它是温度的敏 感函数。 （1）相同温度下，Ge的ni
>> Si的ni
温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大。 （2）常温下本征浓度远小于原子密度。 因此本征半导体的导电能力很差，且与环境温度密 切相关。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
共价键内的电子 称为束缚电子
1.1.1 本征半导体
�本征半导体中的两种载流子
挣脱共价键的束缚 成为自由电子
+4 +4 +4
�随着温度升高，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，这一 现象称为本征激发。 �运载电荷的粒子称为载流子。 �本征半导体中存在数量相 等的两种载流子： 自由电子 空穴
1.1.2 杂质半导体
————“掺杂”特性，掺杂后半导体的导电率大为提高。 通常掺入“三价”或“五价”元素 N型半导体（也称电子型半导体） 掺入五价元素如磷P、砷Se等
根据掺杂元素不同
杂质半导体 P型半导体（也称空穴型半导体） 掺入三价元素如硼B、Al等
1. N 型半导体(Negative 负）
+4
+4 +3
+4
+4
+4
+4
受主电离： 产生空穴和负离子对
+4 +3 +4 +4
本征激发： 产生自由电子和空穴对
2. P 型半导体（ Positive 正）
受主电离 本征激发ຫໍສະໝຸດ 空穴和负离子 自由电子和空穴 空穴
载流子 电荷模型：
——多数载流子 （多子）
自由电子— 少数载流子 （少子）
+4
+4 +3
U (BR )
导致二极管出现反向击穿的原因： （1）齐纳击穿： 高掺杂，耗尽层窄，价电子被场致激发 （2）雪崩击穿： 低掺杂，耗尽层宽，价电子被碰撞电离
4、PN 结的电容效应
�势垒电容
1.1.3 PN结
PN结外加电压变化时， 空间电荷区的宽度将发生变化， 有电荷的积累和释放的过程，与电容 的充放电相同，其等效电容称为势垒 电容Cb。 势垒电容Cb 等效于：
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。
1.1.3 PN结
1、PN结形成及特点 � 漂移电流
在电场作用下，半导体中的载流子受电场力作宏观 定向漂移运动形成的电流，称为漂移电流。 漂移电流与电场强度、载流子浓度成正比。
� 扩散电流
在半导体中，因某种原因使载流子的浓度分布不均 匀，载流子会从浓度高的地方向浓度低的地方作扩散运 动，这种因载流子浓度差而产生的载流子宏观定向运动形 成的电流称为扩散电流。 即扩散电流与载流子在扩散方向上的浓度梯度成正 比，浓度差越大，扩散电流也越大。
1、
P区
空间电荷区越宽，内 电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使 结形成及特点 PN空间电荷区变薄。
少子漂移 内电场E
浓度差
多子的扩散 杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内建电场 内建电场促使少子漂移， 阻止多子扩散 多子扩散和少子漂移， 达到动态平衡
N区
空间电荷区， 也称耗尽层。
多子扩散
扩散的结果是使 空间电荷区逐渐 加宽。
离子薄层形成的空间电荷 区称为PN结
1.1.3 PN结
PN结特点:
UT = kT/q —— 热电压
×10-23J/K)； k —— 波尔兹曼常数（1.38 1.38×
T=300k（室温）时
UT= 26mV
正偏：
u的符号
反偏：
u >0
u < 0
1.1.3 PN结
3. PN结的伏安特性 u
i = I S (e
u的符号
UT
− 1)
T=300k（室温）时 ，UT= 26mV
d
空间电荷区宽度
结论：势垒电容随偏压的增大而增大。
4、PN 结的电容效应
� 扩散电容 PN结外加的正 向电压变化时， 在扩散路程中载 流子的浓度及其 梯度均有变化， 也有电荷的积累 和释放的过程， 其等效电容称为 扩散电容Cd。
1.1.3 PN结
1.1.3 PN结
4、PN 结的电容效应
� 扩散电容 �扩散电容随着PN结正向电流增大而增大 �PN结反偏时扩散电容为零 结电容： C j = Cb + Cd 由于Cj的存在，若PN结外加电压频率高到一定程度， 则失去单向导电性！
导体 绝缘体 半导体 热敏性： 光敏性： 掺杂性： 低价元素，如：金、 高价元素； 银、铜、铝。 如：惰性气体、橡胶、 ——— 很容易传导电流 云母、塑料等。 四价元素，如：硅、锗、 砷化镓（集成电路）等。 ——— 几乎不传导电流
——— 导电能力介于导体和绝缘体之间。 温度增加使导电率大为增加 热敏器件 光敏器件 半导体器件
正偏： 反偏：
u >0
u < 0
只要u比UT大几倍，有 � 正偏时（正向特性）：
u UT
i ≈ ISe
� 反偏时（反向特性）：
i ≈ − IS
1.1.3 PN结
3. PN结的伏安特性
�反向击穿特性： 当加在PN结上的反偏电压超过 某一数值时，反偏电流将急剧增大， 这种现象称为PN结反向击穿。 反向击穿时的电压值称 为反向击穿电压 U BR
+4
+4
+4
+4
+4
+4
留下的空位称为空穴
1.1.1 本征半导体
外电场作用下空穴导电过程：
1.1.1 本征半导体
由此可以看出：
N型半导体
+4
+4 +5
+4
+4
+4
+4
磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相邻的半导体原子形成共 价键，必定多出一个电子，这个电子 几乎不受束缚，很容易被激发而成为 自由电子（常温下几乎完全电离）， 这样磷原子就成了不能移动的带正电 的离子。这一现象称为 “施主电离”。 磷原子称为施主原子。
+4
+4
+4
+ + + + + +
+4 +5 +4 +4
+ + + + + + + + + + + +
2. P 型半导体（ Positive 正）
在本征半导体中掺入少量的三价元素（如硼） P 型半导体。 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 一个空位。价电子因热运动很容易来 填补这个空位，使空位转移到半导体 原子上，产生空穴。同时使得硼原子 成为不能移动的带负电的离子。这一 现象称为受主电离。硼原子称为受主 原子。
第一章 常用半导体器件
第一章
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
§1.1
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结的形成及其单向导电性 1.1.4 PN结的电容效应
1.1.1 本征半导体
• 何谓半导体？
P区 N区
�正向偏置的PN结
外电场
内电场
R
E
2、 PN结的单向导电性
内电场被加强，多子的扩散 受抑制。少子漂移加强，但 P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏； 少子数量有限，只能形成较 小的反向电流。 变厚
�反向偏置的PN结
P区
N区
内电场 外电场
R
E
1.1.3 PN结
2、 PN结的单向导电性 结论：
施主电离： 产生自由电子和正离子对
+4 +4 +5 +4
本征激发： 产生自由电子和空穴对
1. N 型半导体(Negative 负）
施主电离 本征激发
自由电子和正离子 自由电子和空穴
自由电子 ——多数载流子
载流子
（多子）
空穴 —— 少数载流子
（少子）
+4
+4 +5
+4
空穴比未加杂质时的数目多 了？少了？为什么？ 电荷模型：
（1） 空间电荷区是非中性区，存在内建电场和内建电位 差Uho（内建电压）。 （2）对称结和不对称PN结： 不对称PN结空间电荷区主要向低掺杂区延伸。
P+N结
PN+结
（3） PN结又称耗尽层、又称阻挡层（内建电场E阻止 两区多子越结扩散）、又称势垒区。
2、 PN结的单向导电性
内电场被削弱，多子的扩 P区的电位高于N区的电位，称外加正向电压，简称正偏； 散加强能够形成较大的扩 变薄 散电流。
1.1.1 本征半导体
� 本征半导体的晶体结构和共价键
�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。 �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。
1.1.1 本征半导体
�本征半导体中的载流子浓度
简称本征浓度(ni=pi): 平衡状态下，本征半导体 单位体积内的自由电子数（空穴数）。它是温度的敏 感函数。 （1）相同温度下，Ge的ni
>> Si的ni
温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大。 （2）常温下本征浓度远小于原子密度。 因此本征半导体的导电能力很差，且与环境温度密 切相关。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
共价键内的电子 称为束缚电子
1.1.1 本征半导体
�本征半导体中的两种载流子
挣脱共价键的束缚 成为自由电子
+4 +4 +4
�随着温度升高，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，这一 现象称为本征激发。 �运载电荷的粒子称为载流子。 �本征半导体中存在数量相 等的两种载流子： 自由电子 空穴
1.1.2 杂质半导体
————“掺杂”特性，掺杂后半导体的导电率大为提高。 通常掺入“三价”或“五价”元素 N型半导体（也称电子型半导体） 掺入五价元素如磷P、砷Se等
根据掺杂元素不同
杂质半导体 P型半导体（也称空穴型半导体） 掺入三价元素如硼B、Al等
1. N 型半导体(Negative 负）
+4
+4 +3
+4
+4
+4
+4
受主电离： 产生空穴和负离子对
+4 +3 +4 +4
本征激发： 产生自由电子和空穴对
2. P 型半导体（ Positive 正）
受主电离 本征激发ຫໍສະໝຸດ 空穴和负离子 自由电子和空穴 空穴
载流子 电荷模型：
——多数载流子 （多子）
自由电子— 少数载流子 （少子）
+4
+4 +3
U (BR )
导致二极管出现反向击穿的原因： （1）齐纳击穿： 高掺杂，耗尽层窄，价电子被场致激发 （2）雪崩击穿： 低掺杂，耗尽层宽，价电子被碰撞电离
4、PN 结的电容效应
�势垒电容
1.1.3 PN结
PN结外加电压变化时， 空间电荷区的宽度将发生变化， 有电荷的积累和释放的过程，与电容 的充放电相同，其等效电容称为势垒 电容Cb。 势垒电容Cb 等效于：
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。
1.1.3 PN结
1、PN结形成及特点 � 漂移电流
在电场作用下，半导体中的载流子受电场力作宏观 定向漂移运动形成的电流，称为漂移电流。 漂移电流与电场强度、载流子浓度成正比。
� 扩散电流
在半导体中，因某种原因使载流子的浓度分布不均 匀，载流子会从浓度高的地方向浓度低的地方作扩散运 动，这种因载流子浓度差而产生的载流子宏观定向运动形 成的电流称为扩散电流。 即扩散电流与载流子在扩散方向上的浓度梯度成正 比，浓度差越大，扩散电流也越大。
1、
P区
空间电荷区越宽，内 电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使 结形成及特点 PN空间电荷区变薄。
少子漂移 内电场E
浓度差
多子的扩散 杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内建电场 内建电场促使少子漂移， 阻止多子扩散 多子扩散和少子漂移， 达到动态平衡
N区
空间电荷区， 也称耗尽层。
多子扩散
扩散的结果是使 空间电荷区逐渐 加宽。
离子薄层形成的空间电荷 区称为PN结
1.1.3 PN结
PN结特点:
UT = kT/q —— 热电压
×10-23J/K)； k —— 波尔兹曼常数（1.38 1.38×
T=300k（室温）时
UT= 26mV
正偏：
u的符号
反偏：
u >0
u < 0
1.1.3 PN结
3. PN结的伏安特性 u
i = I S (e
u的符号
UT
− 1)
T=300k（室温）时 ，UT= 26mV
d
空间电荷区宽度
结论：势垒电容随偏压的增大而增大。
4、PN 结的电容效应
� 扩散电容 PN结外加的正 向电压变化时， 在扩散路程中载 流子的浓度及其 梯度均有变化， 也有电荷的积累 和释放的过程， 其等效电容称为 扩散电容Cd。
1.1.3 PN结
1.1.3 PN结
4、PN 结的电容效应
� 扩散电容 �扩散电容随着PN结正向电流增大而增大 �PN结反偏时扩散电容为零 结电容： C j = Cb + Cd 由于Cj的存在，若PN结外加电压频率高到一定程度， 则失去单向导电性！
导体 绝缘体 半导体 热敏性： 光敏性： 掺杂性： 低价元素，如：金、 高价元素； 银、铜、铝。 如：惰性气体、橡胶、 ——— 很容易传导电流 云母、塑料等。 四价元素，如：硅、锗、 砷化镓（集成电路）等。 ——— 几乎不传导电流
——— 导电能力介于导体和绝缘体之间。 温度增加使导电率大为增加 热敏器件 光敏器件 半导体器件
正偏： 反偏：
u >0
u < 0
只要u比UT大几倍，有 � 正偏时（正向特性）：
u UT
i ≈ ISe
� 反偏时（反向特性）：
i ≈ − IS
1.1.3 PN结
3. PN结的伏安特性
�反向击穿特性： 当加在PN结上的反偏电压超过 某一数值时，反偏电流将急剧增大， 这种现象称为PN结反向击穿。 反向击穿时的电压值称 为反向击穿电压 U BR
+4
+4
+4
+4
+4
+4
留下的空位称为空穴
1.1.1 本征半导体
外电场作用下空穴导电过程：
1.1.1 本征半导体
由此可以看出：