模擬電子技術第4章(已修改)
2025-01-13 03:59 本頁面
【正文】 第第 4 章章 半導體二極管、三極管和場效應管 PN結 半導體二極管 雙極型晶體管一 半導體（一）半導體基本知識、絕緣體、半導體：物質導電能力的強弱 —— 可用電阻率（ ρ ）表示① 導體：導電能力強的物質（ ρ10 3Ω*cm ） 利用自由電子導電② 絕緣體：導電能力弱的物質（ ρ 10 6Ω*cm ）③ 半導體：常溫下 (27℃) 導電能力居于導體及絕緣體之間的物質如，純硅（ Si）、純鍺 (Ge) 。（二）半導體的晶體結構 制作半導體件最常用的材料：硅（ Si）、鍺（ Ge）① 晶體：原子按一定規(guī)律整齊排列的物質單晶體：原子與原子之間通過共價鍵連接起來 第一節(jié) 第一節(jié) PN結結Ge Si通過一定的工藝過程，可以將半導體制成 晶體 ?，F(xiàn)代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。硅 (鍺 )的原子結構簡化模型慣性核硅 (鍺 )的共價鍵結構價電子自由電子(束縛電子 )空穴空穴空穴可在共價鍵內移動（ 一）本征半導體：純凈的單晶結構的半導體受慣性核束縛的價電子在絕對溫度零度 (0176。 K)即 273℃ 之下→ 本征半導體硅（鍺）的全部價電子 ?都為束縛電子?與理想絕緣體一樣不能導電。自由電子：價電子獲得足夠的能量掙脫慣性核的束縛 (溫度 0 176。 K時 )帶負電荷的物質 —— 又稱電子載流，這是由熱激發(fā)而來的空穴：價電子成為自由電子時 ,原共價鍵留下了一個空位—— 帶正電荷的物質，即空穴載流子。二半導體的導電原理本征激發(fā)：共價鍵分裂產生電子空穴對的過程復復 合：合： 自由電子和空穴在運動中相遇重新結合成對消失的過程。平平 衡：衡：在一定條件下，激發(fā)與復合的過程達到動態(tài)平衡 —— 本征半導體的自由電子和空穴的數(shù)目保持平衡。 在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位 (空穴 )的過程。載流子濃度：單位體積半導體中載流子的數(shù)目（個 /m3 ） 本征半導體內電子載流子濃度（ Ni） =空穴載流子濃度（ Pi） 本征載流子濃度 =Ni+Pi（其值甚微） —— 即載流子濃度甚低 本征半導體內的載流子濃度很低 → 導電能力很弱， 故不能用來直接制作半導體器件兩種載流子電子 (自由電子 )空穴兩種載流子的運動自由電子 (在共價鍵以外 )的運動空穴 (在共價鍵以內 )的運動 結論 ：1. 本征半導體中電子空穴成對出現(xiàn)，且數(shù)量少； 2. 半導體中有電子和空穴兩種載流子參與導電； 3. 本征半導體導電能力弱，并與溫度有關 。（二） 雜質半導體 N 型半導體 ：在本征半導體中摻入五價元素（磷） —— 增大自由電子濃度N 型+5+4 +4+4+4+4磷原子 自由電子電子為 多 數(shù)載流 子空穴為 少 數(shù)載流 子載流子數(shù) ? 電子數(shù) P 型半導體：在本征半導體中摻入三價元素（硼） —— 增大空穴濃度P 型+3+4 +4+4+4+4硼原子 空穴空穴 — 多子電子 — 少子載流子數(shù) ? 空穴數(shù)① 漂移運動： —— 漂移電流載流子在電場作用下定向運動所形成的電流。自由電子：從低 → 高電位漂移形成電流 (方向與電場方向相反 )空穴：從高 → 低電位漂移形成電流（方向與電場方向相同）電場強 、漂移速度高、載流子濃度大 = 總漂移電流大。② 擴散電流：物質由高濃度的地方向低濃度的地方運動所形成的電流。濃度差越大 → 擴散能力越強 → 擴散電流越大擴散電流大小 → 同載流子濃度差或擴散運動快慢成正比 （三）載流子的漂移運動和擴散運動3. 擴散和漂移達到 動態(tài)平衡擴散電流 等于漂移電流， 總電流 I = 0。三、 PN 結 (PN Junction)的形成P 型、 N 型半導體的簡化圖示負離子多數(shù)載流子 少數(shù)載流子（電子）正離子多數(shù)載流子 少數(shù)載流子P 型N 型1. 載流子的 濃度差 引起多子的 擴散2. 復合使交界面 形成空間電荷區(qū) (耗盡層 ) 空間電荷區(qū)特點 :無載流子， 阻止擴散進行， 利于少子的漂移。內建電場P NP 區(qū) N 區(qū)內電場外電場外電場使多子向 PN 結移動 ,中和部分離子 使空間電荷區(qū)變窄。 IF限流電阻擴散運動加強形成正向電流 IF 。IF
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