模擬電子技術(shù)第4章(已修改)
2025-01-13 03:59 本頁面
【正文】 第第 4 章章 半導(dǎo)體二極管、三極管和場(chǎng)效應(yīng)管 PN結(jié) 半導(dǎo)體二極管 雙極型晶體管一 半導(dǎo)體（一）半導(dǎo)體基本知識(shí)、絕緣體、半導(dǎo)體：物質(zhì)導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱 —— 可用電阻率（ ρ ）表示① 導(dǎo)體：導(dǎo)電能力強(qiáng)的物質(zhì)（ ρ10 3Ω*cm ） 利用自由電子導(dǎo)電② 絕緣體：導(dǎo)電能力弱的物質(zhì)（ ρ 10 6Ω*cm ）③ 半導(dǎo)體：常溫下 (27℃) 導(dǎo)電能力居于導(dǎo)體及絕緣體之間的物質(zhì)如，純硅（ Si）、純鍺 (Ge) 。（二）半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 制作半導(dǎo)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(zhì)單晶體：原子與原子之間通過共價(jià)鍵連接起來 第一節(jié) 第一節(jié) PN結(jié)結(jié)Ge Si通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成 晶體 ?，F(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。硅 (鍺 )的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型慣性核硅 (鍺 )的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)價(jià)電子自由電子(束縛電子 )空穴空穴空穴可在共價(jià)鍵內(nèi)移動(dòng)（ 一）本征半導(dǎo)體：純凈的單晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體受慣性核束縛的價(jià)電子在絕對(duì)溫度零度 (0176。 K)即 273℃ 之下→ 本征半導(dǎo)體硅（鍺）的全部?jī)r(jià)電子 ?都為束縛電子?與理想絕緣體一樣不能導(dǎo)電。自由電子：價(jià)電子獲得足夠的能量掙脫慣性核的束縛 (溫度 0 176。 K時(shí) )帶負(fù)電荷的物質(zhì) —— 又稱電子載流，這是由熱激發(fā)而來的空穴：價(jià)電子成為自由電子時(shí) ,原共價(jià)鍵留下了一個(gè)空位—— 帶正電荷的物質(zhì)，即空穴載流子。二半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理本征激發(fā)：共價(jià)鍵分裂產(chǎn)生電子空穴對(duì)的過程復(fù)復(fù) 合：合： 自由電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇重新結(jié)合成對(duì)消失的過程。平平 衡：衡：在一定條件下，激發(fā)與復(fù)合的過程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 —— 本征半導(dǎo)體的自由電子和空穴的數(shù)目保持平衡?！ ≡谑覝鼗蚬庹障聝r(jià)電子獲得足夠能量擺脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，并在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位 (空穴 )的過程。載流子濃度：?jiǎn)挝惑w積半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目（個(gè) /m3 ） 本征半導(dǎo)體內(nèi)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(dǎo)體內(nèi)的載流子濃度很低 → 導(dǎo)電能力很弱， 故不能用來直接制作半導(dǎo)體器件兩種載流子電子 (自由電子 )空穴兩種載流子的運(yùn)動(dòng)自由電子 (在共價(jià)鍵以外 )的運(yùn)動(dòng)空穴 (在共價(jià)鍵以內(nèi) )的運(yùn)動(dòng) 結(jié)論 ：1. 本征半導(dǎo)體中電子空穴成對(duì)出現(xiàn)，且數(shù)量少； 2. 半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電； 3. 本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度有關(guān) 。（二） 雜質(zhì)半導(dǎo)體 N 型半導(dǎo)體 ：在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)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(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)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(yùn)動(dòng)： —— 漂移電流載流子在電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)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(chǎng)方向相反 )空穴：從高 → 低電位漂移形成電流（方向與電場(chǎng)方向相同）電場(chǎng)強(qiáng) 、漂移速度高、載流子濃度大 = 總漂移電流大。② 擴(kuò)散電流：物質(zhì)由高濃度的地方向低濃度的地方運(yùn)動(dòng)所形成的電流。濃度差越大 → 擴(kuò)散能力越強(qiáng) → 擴(kuò)散電流越大擴(kuò)散電流大小 → 同載流子濃度差或擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)快慢成正比 （三）載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)3. 擴(kuò)散和漂移達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散電流 等于漂移電流， 總電流 I = 0。三、 PN 結(jié) (PN Junction)的形成P 型、 N 型半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化圖示負(fù)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(kuò)散2. 復(fù)合使交界面 形成空間電荷區(qū) (耗盡層 ) 空間電荷區(qū)特點(diǎn) :無載流子， 阻止擴(kuò)散進(jìn)行， 利于少子的漂移。內(nèi)建電場(chǎng)P NP 區(qū) N 區(qū)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)使多子向 PN 結(jié)移動(dòng) ,中和部分離子 使空間電荷區(qū)變窄。 IF限流電阻擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)形成正向電流 IF 。IF
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