模擬電子技術(shù)第一章(已修改)
2025-01-13 03:59 本頁(yè)面
【正文】 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管本章目錄 點(diǎn)擊即可進(jìn)入學(xué)習(xí)習(xí)題解答總目錄模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè)一、半導(dǎo)體及其導(dǎo)電特性 在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。 典型的半導(dǎo)體是 硅 Si和 鍺 Ge， 它們都是 4價(jià)元素 。硅原子 鍺原子硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為 價(jià)電子 。 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè) 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對(duì)溫度 T=0K時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為 自由電子 ， 因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。（一）本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體 —— 化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到 % ，常稱為 “九個(gè) 9”。模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè) 這一現(xiàn)象稱為 本征激發(fā) ， 也稱 熱激發(fā) 。 當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為 自由電子 。自由電子+4+4 +4+4+4+4+4 +4+4空穴 自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱為 空穴 。模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè) 在熱力學(xué)溫度零度和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí) ,本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。 把純凈的沒(méi)有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶稱為本征半導(dǎo)體。 它是共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅原子價(jià)電子+4 +4 +4+4 +4 +4+4 +4 +4模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè) 可見(jiàn)本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。 與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象 —— 復(fù)合在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對(duì)的濃度一定。常溫 300K時(shí)：電子空穴對(duì)的濃度硅：鍺：自由電子+4+4 +4+4+4+4+4 +4+4空穴電子空穴對(duì)模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè)導(dǎo)電機(jī)制： 在外電場(chǎng)作用下， 電子 和 空穴 均能參與導(dǎo)電。模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè)（二） 雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為 雜質(zhì)半導(dǎo)體 。1. N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為 N型半導(dǎo)體 。 模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè)N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子 —— 自由電子少數(shù)載流子 —— 空穴++++++++++++N型半導(dǎo)體施主離子自由電子電子空穴對(duì)在硅或鍺的晶體中摻入少量的五價(jià)元 素 ,如磷 ,則形成 N型半導(dǎo)體。 模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè) 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。空穴硼原子硅原子多數(shù)載流子 —— 空穴少數(shù)載流子 —— 自由電子－－－ －－－－－－ －－－P型半導(dǎo)體受主離子空穴電子空穴對(duì)2. P型半導(dǎo)體模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè)雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖++++++++++++N型半導(dǎo)體多子 — 電子少子 — 空穴－－－ －－－－－－ －－－P型半導(dǎo)體多子 — 空穴少子 — 電子少子濃度 —— 與溫度有關(guān)多子濃度 —— 與溫度無(wú)關(guān)模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè)二、二、 PN 結(jié)結(jié)（一）（一） PN 結(jié)的形成結(jié)的形成內(nèi)電場(chǎng) E多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層 用專門(mén)的制造工藝在同一塊半導(dǎo)體單晶上 ,形成 P型半導(dǎo)體區(qū)域和 N型半導(dǎo)體區(qū)域 ,在這兩個(gè)區(qū)域的交界處就形成了一個(gè) PN 結(jié)。模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè) PN 結(jié)的形成動(dòng)畫(huà)演示結(jié)的形成動(dòng)畫(huà)演示模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè)（二）（二） PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦阅M電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè)1. 加正向電壓（正偏） — 電源正極接 P區(qū)，負(fù)極接 N區(qū) 外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。 外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng) → 耗盡層變窄 → 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)＞漂移運(yùn)動(dòng)→ 多子 擴(kuò)散形成正向電流 I F正向電流模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè) —— 電源正極接 N區(qū)，負(fù)極接 P區(qū) 外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。 外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng) → 耗盡層變寬 → 漂移運(yùn)動(dòng)＞擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)→ 少子漂移形成反向電流 I RP N 在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故 IR基本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān) ， 所以稱為 反向飽和電流 。但 IR與溫度有關(guān)。 模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè) PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論： PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?PN 結(jié)的單向?qū)щ娦孕〗Y(jié)結(jié)的單向?qū)щ娦孕〗Y(jié)模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè)（三） PN結(jié) 的伏安特性曲線及表達(dá)式 根據(jù)理論推導(dǎo)， PN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）反偏反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿熱擊穿 —— 燒壞 PN結(jié)電擊穿 —— 可逆模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè) 根據(jù)理論分析：u 為 PN結(jié)兩端的電壓降i 為流過(guò) PN結(jié)的電流IS 為反向飽和電流UT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量其中 k為玻耳茲曼常數(shù) 10－ 23q 為電子電荷量 10－ 9T 為熱力學(xué)溫度 對(duì)于室溫（相當(dāng) T=300 K）則有 UT=26 mV。當(dāng) u0 uUT時(shí)當(dāng) u0 |u||U T |時(shí)模擬電子技術(shù)第一章上頁(yè) 首頁(yè) 下頁(yè)（四） PN結(jié)的電容效應(yīng) 當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即 PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。 (1) 勢(shì)壘電容 CB
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