硬件电子电路基础
1
第一章半导体器件
§1-1 半导体基础知识
一、什么是半导体
半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）
（如：硅Si 锗Ge等＋4价元素以及化合物）
二、半导体的导电特性
本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。
硅和锗的共价键结构。（略）
2
1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化
?掺杂──管子
?温度──热敏元件
?光照──光敏元件等
2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴
?自由电子──受束缚的电子（－）
?空穴──电子跳走以后留下的坑（＋）
三、杂质半导体──N型、P型
（前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。
?N型半导体（自由电子多）
掺杂为＋5价元素。如：磷；砷P──＋5价使自由电子大大增加
原理：Si──＋4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。
载流子组成：
o本征激发的空穴和自由电子──数量少。
o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。
o空穴──少子
o自由电子──多子
?P型半导体（空穴多）
掺杂为＋3价元素。如：硼；铝使空穴大大增加
原理：Si──＋4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。
B──＋3价
载流子组成：
o本征激发的空穴和自由电子──数量少。
o掺杂后由B提供的空穴──数量多。
o空穴──多子
o自由电子──少子
结论：N型半导体中的多数载流子为自由电子；
3
P型半导体中的多数载流子为空穴。
§1-2 PN结
一、PN结的基本原理
1、什么是PN结
将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时，交界面两侧的那部分区域。
2、PN结的结构
分界面上的情况：
P区：空穴多
N区：自由电子多
扩散运动：
多的往少的那去，并被复合掉。留下了正、负离子。
（正、负离子不能移动）
留下了一个正、负离子区──耗尽区。
由正、负离子区形成了一个内建电场（即势垒高度）。
方向：N--> P
4
大小：与材料和温度有关。（很小，约零点几伏）
漂移运动：
由于内建电场的吸引，个别少数载流子受电场力的作用与多子运动方向相反作运动。
结论：在没有外加电压的情况下，扩散电流和漂移电流的大小相等，方向相反。总电流为零。
二、PN结的单向导电特性
1、外加正向电压时：（正偏）
结论：
势垒高度↓PN结宽度（耗尽区宽度）↓扩散电流↑
2、外加反向电压时：（反偏）
5
结论：
势垒高度↑PN结宽度（耗尽区宽度）↑扩散电流（趋近于0）↓
此时总电流＝反向饱和电流（漂移电流）：I5
注：反向饱和电流I5只与温度有关，与外加电压无关。
【PN结的反向击穿】：
?齐纳击穿：势垒区窄，较高的反向电压形成的内建电场将价电子拉出共价键，导致反向电流剧增。< 4V
?雪崩击穿：势垒区宽，载流子穿过PN结时间长，速度高，将价电子从共价键中撞出来，撞出来的电子再去撞别的价电子，导致反向电流剧增。>7V
当反向电压在4V和7V之间的时候，两种击穿均有。
【PN结的电容效应】：
?势垒电容：外加电压变化引起势垒区宽窄的变化引起。它与平行板电热器在外加电压作用下，电容极板上积累电荷情况相似。对外等效为非线性微变电容。（反偏减小，正偏增大）
?扩散电容：当PN结外加正向电压时，由于扩散作用，从另一方向本方注入少子，少子注入后，将破坏半导体的电中性。为了维持电中性，将会有相同数量的异性载流子从外电路进入半导体，在半导体中形成空穴－电子对储存。外电压增量引起空穴－电子对存储就象电容充电一样。
6
PN结等效为：两个扩散电容＋一个势垒电容。（对外等效为三个容性电流相加。等效对外不对内）
反偏：扩散电流＝0，以势垒电容为主。
正偏：扩散电流很大，以扩散电容为主。
§1-3 二极管
一、构成与符号
二、伏安特性曲线
1.正向特性：
7