模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

模拟电子技术Fundamentals of Analog Electronics

—多媒体教学课件许昌学院 电气信息工程学院

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

第1章 常用半导体器件1.1 1.2 1.3 1.4 半导体基础知识 半导体二极管 双极型晶体管 场效应管

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

1.1 半导体的基础知识1.1.1 本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体

一、半导体导体：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。

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

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。 光敏器件 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。二极管

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

二、本征半导体的晶体结构完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体 称为本征半导体+4 +4 +4 价 电 子 +4 +4 +4

将硅或锗材料提 纯便形成单晶体， 它的原子结构为 共价键结构。

共 价 键

+4

+4

+4

当温度 T = 0 K 时，半导 体不导电，如同绝缘体。 图 1.1.1 本征半导体结构示意图

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

三、本征半导体中的两种载流子若 T ,将有少数价 电子克服共价键的束缚成 为自由电子，在原来的共 价键中留下一个空位—— 空穴。

T

+4 空穴 +4

+4

+4 自由电子

自由电子和空穴使本 征半导体具有导电能力， 但很微弱。空穴可看成带正电的 载流子。

+4

+4

+4

+4

+4

图 1.1.2

本征半导体中的 自由电子和空穴

(动画1-1) (动画1-2)

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

四、本征半导体中载流子的浓度本征激发 复合 动态平衡

在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的， 并且自由电子与空穴的浓度相等。

本征半导体中载流子的浓度公式： 3

ni pi K1T 2 e

EGO 2 KT

T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:

n = p =1.43×1010/cm3本征锗的电子和空穴浓度:

n = p =2.38×1013/cm3

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

小结：1. 半导体中两种载流子

带负电的自由电子 带正电的空穴

2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现， 称为 电子 - 空穴对。3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表

示，显然 ni = pi 。 4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又 不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动 会达到平衡，载流子的浓度就一定了。 5. 载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升 高，基本按指数规律增加。

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

1.1.2 杂质半导体杂质半导体有两种N 型半导体 P 型半导体

一、 N 型半导体(Negative)在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型

半导体)。常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子), 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

+4

+4

+4 自由电子

+4

+5 +4

+4 施主原子

+4

+4

+4

图 1.1.3

N 型半导体

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

二、 P 型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。 +4 +4 空穴 +4 +3 +4 受主 原子 +4 +4

3 价杂质原子称为 受主原子。

+4

+4

+4

空穴浓度多于电子 浓度，即 p >> n。空穴 为多数载流子，电子为 少数载流子。

图 1.1.4

P 型半导体

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

说明：1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。 2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。 3. 杂质半导体总体上保持电中性。 4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。

(a)N 型半导体

(b) P 型半导体

图

杂质半导体的的简化表示法

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

1.1.3 PN结在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层，称为 PN 结。

一、PN 结的形成PPN结

N

图

PN 结的形成

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

PN 结中载流子的运动1. 扩散运动P

N

电子和空穴 浓度差形成多数 载流子的扩散运 动。2. 扩散运动 形成空间电荷区P耗尽层 空间电荷区

N

—— PN 结，耗 尽层。

(动画1-3)

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

3. 空间电荷区产生内电场 空间电荷区正负离子之间电位差 Uho

—— 电位壁垒； —— 内电场；内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层。 4. 漂移运动 内电场有利 于少子运动—漂 移。 少子的运动 与多子运动方向 相反阻挡层 空间电荷区

P

N

内电场

Uho

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

5. 扩散与漂移的动态平衡 扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小； 随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加； 当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等 于零，空间电荷区的宽度达到稳定。 即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

二、 PN 结的单向导电性又称正向偏置，简称正偏。导电性？

空间电荷区变窄，有利 于扩散运动，电路中有 1. PN结 外加正向电压时处于导通状态 较大的正向电流。耗尽层 P 什么是PN结的单向 N

有什么作用？

IV

内电场方向 外电场方向 R

图 1.1.6

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的 正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。 2. PN 结外加反向电压时处于截止状态(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内 电场的作用； 外电场使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩 散电流，电路中产生反向电流 I ; 由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。

模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

P

耗尽层

N

IS 内电场方向 外电场方向 R V 图 1.1.7 PN 结加反相电压时截止

反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感， 随着温度升高， IS 将急剧增大。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jgl1.html