《模拟电子技术基础》教材-童诗白解读

ni：自由电子的浓度
pi：空穴的浓度
K1：系数（与半导体材料有关）
T ：绝对温度
k：波尔兹曼常数
EG：价电子挣脱共价键所需能量, 又叫禁带宽度
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§1.1.2 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可 使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主 要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称 为杂质半导体。
感谢同学们的支持和鼓励 课程总学时： 60 (十五周结束); 课 程 学 分 ： 4.0 ； 课 程 类 型 ：专业必修课。
任课教师：马俊成
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本课程的任务是： 介绍常用半导体器件的特性与参数，重点讨论模拟电
路中的基本单元电路,研究电路工作原理与基本分析方 法，掌握半导体器件的基本运用。
自由电子
Si
Si
P
Si
原子是不能移动的带正电的离子。每个磷原子给 出一个电子，称为施主杂质(donor impurity)。
B). 电路功能多，涉及知识面广、灵活性大。 本课程存在的问题：
内容多、教材太精炼、学时少、入门难。
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二 .电子技术的发展历程 电子技术的发展以电子器件的更新换代为标志！
电子学近百年发展史上三个重要里程碑： ☆ 1904年电子管发明（真正进入电子时代）; ☆ 1947年晶体管问世; ☆ 1959年集成电路出现(SSI、MSI、LSI、VLSI)。
高温掺杂
晶体管
I
半导体
U
mA
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§1.1.1 本征半导体
一. 本征半导体
完全纯净、结构完整的半导体晶体。称为本征半 导体。
纯度> 6个9(99.9999 %)
半导体的晶体结构取决 于原子结构。
半导体的原子结构为金刚 石结构：每个原子都处在正 四面体的中心，而四个其它 原子位于四面体的顶点。
处理数字信号的电子电路称为数字电路,电路中的晶体 管一般在工作开关状态。
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2. 低频模拟电路 信号按工作频率可分为低频、高频、微波信号。
处理低频信号的模拟电路称为低频模拟电路 ，低频 模拟电路的工作频率一般低于1MHz, 低频模拟电路是 最基础，应用最广泛的电子电路。
3. 模拟电路的特点： A). 工程性和实践性强；
VLSI —— 超大规模集成电路
上世纪90年代电子技术就进入了超大规模集成电路电 子时代。集成电路的发展促进了电子学、特别是数字电 路和微型计算机的发展，人类社会开始迈进信息时代。
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三. 摩尔定律 集成电路的发展遵从摩尔定律 摩尔定律：集成电路中的晶体管数目每两年增加一倍； CPU性能每18个月增加一倍。
一般采用高温扩散工艺进行掺杂 N型半导体
—— 掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。
P型半导体 —— 掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。
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一. N型半导体 本征硅或锗 +少量磷 N型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量 的五价元素磷（或锑），晶体 点阵中的某些半导体原子被杂 质取代，磷原子的最外层有五 个价电子，其中四个与相临的 半导体原子形成共价键，必定 多出一个电子，这个电子很容 易被激发而成为自由电子，磷
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二.半导体的共价键结构
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵， 每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对 价电子。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
硅单晶材料
共价键结构
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三. 本征半导体的导电机理
在绝对0度(T =0K)和没有外界激发时,价电子完全被共价键 束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子(即载流子) , 它的导电能力为0，相当于绝缘体。
制成的热敏电阻可以用于温度控制。
2.半导体的光敏性( light sensitive)
当半导体受到光照时，导电能力大幅度增强，制
成的光敏二极管可以用于光敏控制。
T
光照
电导率 s
T 1. 5 光照度
I 半导体
U
mA
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3.半导体的掺杂性 (Doping impuritive)
在半导体中掺入一定浓度的杂质后，可改变 半导体的导电类型，导电能力也会大幅度增加， 利用这种特性可以制造出不同用途的半导体晶体 管与集成电路。

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四. 模拟电路常用器件
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~+~-
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第一章 常用半导体器件
§1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管 §1.4 场效应管
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§1-1 半导体基本知识
根据材料导电能力(电阻率)的不同，来划分导 体、绝缘体和半导体。
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空穴的移动
在其它力的作用下，空穴吸引临近的电子来 填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴 的迁移相当于正电荷的迁移，因此可以认为空 穴是载流子。
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* 四.本征半导体中的载流子浓度
本征半导体中的自由电子和空穴是成对产生 的(本征激发)，由半导体物理得：
式中：
3
EG
ni pi K1 T 2 e 2kT
在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而 脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个 空位，称为空穴。
自由电子
本征半导体中的载流子：
+4
+4
自由电子(free electron) 空穴(mobile hole)
+4
+4
空穴
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本征激发——电子空穴对的产生
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教学形式: 课堂采用多媒体授课；课后练习巩固。
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一、模拟电路简介 1. 模拟电路和数字电路 模拟电路是一种信号处理电路，一般可视为双口网络。
输入信号按时间可分为连 续时间信号( 模拟信号 )和离 散时间信号( 数字信号) 。
ui 模拟电路 uO
处理模拟信号的电子电路称为模拟电路,电路中的晶体 管工作在线性放大状态。
导 体：电阻率ρ < 10-4 Ω·cm 绝缘体：电阻率ρ > 109 Ω·cm 半导体：电阻率ρ介于前两者之间。
典型的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge)以及砷化 镓(GaAs)等。
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半导体三大基本特性：
1.半导体的热敏性(temperature sensitive).
环境温度升高时，半导体的导电能力大幅度增强，