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模拟电路基础课件：1-半导体基础知识(新)

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模拟电子技术基础(第4版)ppt课件

模拟电子技术基础(第4版)ppt课件

多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
华成英 hchya@
二、晶体管的放大原理
（发射结正偏） uBE U on 放大的条件 （集电结反偏） uCB 0，即 uCE uBE
少数载流 子的运动 因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合 因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区 基区空穴 的扩散
华成英 hchya@
§1.3
晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响
五、主要参数
华成英 hchya@
一、晶体管的结构和符号
为什么有孔？
小功率管
中功率管
大功率管
华成英 hchya@
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。
指数曲线
若正向电压 UT，则i ISe u
u UT
若反向电压u UT，则i IS
2. 伏安特性受温度影响
反向特性为横轴的平行线
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ 增大1倍/10℃
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
华成英 hchya@
华成英 hchya@

半导体器件基础课件(PPT-73页)精选全文完整版

半导体器件基础课件(PPT-73页)精选全文完整版

有限，因此由它们形成的电流很小。
电子 技 术
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴、N 区中的电子（
都是多子）向对方运动（扩散 运动）。
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚 度固定不变。
电子 技 术
二、PN 结的单向导电性
电子 技 术
1. 1 半导体二极管的结构和类型
构成：实质上就是一个PN结
PN 结 + 引线 + 管壳 =
二极管(Diode)
+
PN
-
符号：P
N
阳极
阴极
分类：
按材料分 按结构分
硅二极管 锗二极管 点接触型 面接触型 平面型
电子 技 术
正极 引线
N 型锗片 负极 引线
外壳
触丝
点接触型
正极 负极 引线 引线
电子 技 术
半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。 自由电子在共价键以外的运动。 空穴在共价键以内的运动。
结论：
1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。
电子 技 术
2、杂质半导体
+4
一、N 型半导体
电子 技 术
三、课程特点和学习方法
本课程是研究模拟电路（Analog Circuit）及其 应用的课程。模拟电路是产生和处理模拟信号的电路。 数字电路(Digital Circuit)的知识学习由数字电子技 术课程完成。
本课程有着下列与其他课程不同的特点和分析方 法。
电子 技 术

模拟电路0102 第一讲 半导体-二极管伏安特性

模拟电路0102 第一讲 半导体-二极管伏安特性

热平衡条件（质量作用定律）：两种热平衡 载流子浓度的乘积恒等于本征载流子浓度的 平方：
n p ni2
电中性条件：假设在室温时杂质原子已全部 电离，则带负电的自由电子浓度恒等于带正 电的施主杂质离子和空穴浓度之和：
n p Nd Nd
通常满足 Nd p 时：
( p ni2 / Nd )
.. .. . . .
空间电荷区（耗尽层、阻挡层）：在交界面附 近出现的带电离子集中的薄层。
。。。。。。。。. . 。。。。。。。。. . 。。。。。。。。. .
内电场：空间电荷区的左半部是带负电的杂质 离子，右半部是带正电的杂质离子，从而在空 间电荷区中就形成了一个由N区指向P区的内建 电场。
漂移运动：在内电场的作用下，空穴向P区漂 移，电子向N区漂移，载流子在电场作用下的 这种运动。
电子与空穴电荷量相等，极性相反。
自由电子和空穴的复合 ： 在自由电子和空 穴的产生过程中，自由电子在热骚动过程中和空 穴相遇而释放能量，电子—空穴对消失。
动态平衡：
ni pi
它们与温度T 的关系：
3 Eg0
ni(T) pi(T) AT 2e 2kT
在常温下( T 300K)， 硅
ni pi 1.431010 / cm3
1.2.3 PN结的电容特性
PN结的结电容：在外加电压发生变化时，PN结 耗尽层内的空间电荷量和耗尽层外的载流子数 目均发生变化，这种电荷量随外加电压变化的 电容效应。
1.势垒电容
势垒电容：阻挡层中电荷量随外加电压变化而
改变所呈现的电容效应，用 CB 表示：
CB
CB0
1
u U
n
利用PN结的势垒电容效应而制造的变容二极管 (压控可变电容器)，在现代电子线路中得到广 泛应用。

模拟电路基础ppt课件可编辑全文

模拟电路基础ppt课件可编辑全文
*
1.4.3 三极管的工作状态
1. 放大状态 在上面一部分中分析了三极管的放大原理。为了使三极管有放大能力，在输入回路加基极直流电源VBB，在输出回路加集电极直流电源VCC，且VCC大于VBB，使发射结正向偏置、集电结反向偏置。此时称三极管处于放大状态，条件是发射结正向偏置、集电结反向偏置。 2. 饱和状态 如果输出回路的集电极直流电源VCC小于输入回路的基极直流电源VBB，则发射结和集电结都是正向偏置。由于发射结和集电结都是正向偏置，在开始发射结和集电结上的势垒都变窄，使发射区和集电区的自由电子同时涌入基区，但是由于基区面积很小，且掺杂浓度很低，涌入到基区的电子中只有极少部分与空穴复合，形成基极电流IB，绝大部分扩散到基区的电子堆积在发射结和集电结附近，使发射结和集电结上的势垒加宽，阻止了发射区和集电区的自由电子进一步扩散到基区，由此可见，此时三极管没有放大能力。 此种状态称三极管处于饱和状态，条件是发射结和集电结都是正向偏置。 3. 截止状态 如果在输入回路的基极直流电源VBB小于发射结的开启电压，则发射结处于零偏置或反偏置。由于外加电压没有达到发射结的开启电压，使发射区的自由电子不能越过发射结达到基区，不能形成电流，从而发射极、集电极和基极的电流都很小，也就谈不上放大了。此时称三极管处于截止状态，条件是发射结零偏置或反偏置、集电结反向偏置。
*
1.3.3 二极管的等效电阻
直流等效电阻也称静态等效电阻。如图1-9所示，在二极管的两端加直流电压UQ、产生直流电流IQ，此时直流等效电阻RD定义为 交流等效电阻表示，在二极管直流工作点确定后，交流小信号作用于二极管所产生的交流电流与交流电压的关系。在直流工作点Q一定，在二极管加有交流电压u，产生交流电流i，交流等效电阻r定义为
*
例1-1 图10(a)是由理想二极管D组成的电路，理想二极管是指二极管的导通电压U为0、反向击穿电压U为，设电路的输入电压u如图10(b)所示，试画出输出uo的波形 解：由二极管的单向导电特性，输入信号正半周时二极管导通，负半周截止，故输出uo的波形如右图所示。

模拟电路基础知识教程

模拟电路基础知识教程

n01单元半导体器件基础半导体的导电特性导体、绝缘体和半导体本征半导体的导电特性杂质半导体的导电特性PN结晶体二极管二极管的结构与伏安特性半导体二极管的主要参数半导体二极管的等效电路与开关特性稳压二极管晶体三极管三极管的结构与分类三极管内部载流子的运动规律、电流分配关系和放大作用三极管的特性曲线三极管的主要参数三极管的开关特性场效应管结型场效应管绝缘栅型场效应管特殊半导体器件发光二极管光敏二极管和光敏三极管02单元基本放大电路基本放大电路的工作原理基本放大电路的组成直流通路与静态工作点交流通路与放大原理放大电路的性能指标放大电路的图解分析法放大电路的静态图解分析放大电路的动态图解分析输出电压的最大幅度与非线性失真分析微变等效电路分析法晶体管的h参数晶体管的微变等效电路用微变等效电路法分析放大电路静态工作点的稳定温度变化对静态工作点的影响工作点稳定的电路场效应管放大电路场效应管放大电路的静态分析多级放大电路多级放大电路的级间耦合方式多级放大电路的分析方法放大电路的频率特性单级阻容耦合放大电路的频率特性多级阻容耦合放大电路的频率特性03单元负反馈放大电路反馈的基本概念和分类反馈的基本概念和一般表达式反馈放大电路的类型与判断负反馈放大电路基本类型举例电压串联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路负反馈对放大电路性能的影响降低放大倍数提高放大倍数的稳定性展宽通频带减小非线性失真改变输入电阻和输出电阻负反馈放大电路的分析方法深度负反馈放大电路的近似计算*方框图法分析负反馈放大电路04单元功率放大器功率放大电路的基本知识概述甲类单管功率放大电路互补对称功率放大电路OCL类互补放大电路OTL甲乙类互补对称电路复合互补对称电路变压器耦合推挽功率放大电路05单元直接耦合放大电路概述直接耦合放大电路中的零点漂移基本差动放大电路的分析基本差动放大电路基本差动放大电路抑制零点漂移的原理基本差动放大电路的静态分析基本差动放大电路的动态分析差动放大电路的改进06单元集成运算放大器集成电路基础知识集成电路的特点集成电路恒流源有源负载的基本概念集成运放的典型电路及参数典型集成运放F007电路简介集成运放的主要技术参数集成运放的应用概述运放的基本连接方式集成运放在信号运算方面的应用集成运放在使用中应注意的问题07单元直流电源整流电路半波整流电路全波整流电路桥式整流电路倍压整流电路滤波电路电容滤波电路电感滤波电路复式滤波电路有源滤波电路稳压电路并联型硅稳压管稳压电路串联型稳压电路的稳压原理带有放大环节的串联型稳压电路稳压电源的质量指标提高稳压电源性能的措施08单元正弦波振荡电路自激振荡原理自激振荡的条件自激振荡的建立和振幅的稳定正弦波振荡电路的组成LC正弦波振荡电路变压器反馈式振荡电路三点式LC振荡电路三点式LC振荡电路的构成原则电感三点式振荡电路电容三点式振荡电路克拉泼与席勒振荡电路（改进型电容三点式振荡电路）石英晶体振荡器石英晶体的基本特性和等效电路石英晶振：并联型晶体振荡电路石英晶振：串联型晶体振荡电路RC振荡电路RC相移振荡电路文氏电桥振荡电路09单元调制、解调和变频调制方式调幅调幅原理调幅波的频谱调幅波的功率调幅电路检波小信号平方律检波大信号直线性检波调频调频的特点调频波的表达式调频电路：变容二极管调频电路调频与调幅的比较鉴频对称式比例鉴频电路不对称式比例鉴频电路变频变频原理变频电路10单元无线广播与接受无线电广播与接收无线电波的传播超外差收音机超外差收音机方框图超外差收音机性能指标LC谐振回路LC串联谐振回路LC并联谐振回路输入回路统调中频放大电路自动增益电路整机电路分析向运动形成较大的电流。

电子电路辅导课件1-1(半导体基础部分)

电子电路辅导课件1-1(半导体基础部分)

电极（c）和发射极(e)电位都低于基极（b）
的电位。
++ __
c
+
IC
c
_ b
IB
IC
b
IB
e _
IE
NPN
e
IE
+
PNP
(1-33)
三极管工作于放大区时各极电位和电流情况
（3）主要参数
_ 1.电流放大系数β和
前面的电路中，三极管的发射极是输 入输出的公共点，称为共射接法，相应地 还有共基、共集接法。 共射直流电流放大系数：
当UCE大于一 定的数值时IC 100A 只与IB有关， IC=IB。 80A 60A
40A 20A IB=0 12 UCE(V)
(1-28)
3
6
9
4
3
2
IC(mA ) 此区域中UCEUBE,发射 100A 结、集电结均正偏， IB>IC，UCE0.3V称为饱 80A 和区。 60A
DA VA VB DB
+5V
R
VF
电路中，利用二极管正向导通压降很小的特 点，使输出端F的电位维持在一个不变的数值上， 这就是二极管的箝位作用。在第2）题中，DB就 起着箝位作用，而DA则起着隔离作用。
(1-19)
例
二极管限幅电路 右示电路中, D + ui=5sinωt V, R D为理想二 + ui 极管,E=2V; E _ 试画出uo波形。 _ 解 当ui﹥E时，D导通，uo=ui； 当ui﹤E时，D截止，uo=E。 因此可画得uo波形如右。 本例中，利用二极管的单向导 电特性，使uo≥E，这就是二 极管的限幅作用。
二极管箝位电路（二极管与门）

模拟电子技术电子教案PPT课件

因此,+3价元素原子获得一个电子, 成为一个不能移动的负离子，而半导 体仍然呈现电中性。
➢ P型半导体的特点： • 多数载流子为空穴； • 少数载流子为自由电子。
11
1.1.1 半导体的导电特性
（2） N型半导体--掺入微量的五价元 素(如磷)
＋
＋ N型＋半导体:
4
4
4
多子自由-电自子 由电子
＋ 4
9
1.1.1 半导体的导电特性
三、杂质半导体
在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性 能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半 导体分为两类：电子型（N型）半导体和空穴型 （P型）半导体。
（1） P型半导体--掺入微量的三价元素（如硼）
+
+
+
4
4
4
+
+
+
4
3 硼原子4
+
+
+
4
4
4
10
1.1.1 半导体的导电特性
＋ 5
少子＋ 4 -空穴
磷原子
＋
＋
＋
4
4
4
12
1.1.1 半导体的导电特性
注意：
❖杂质半导体中的多数载流子的浓度与 掺杂浓度有关；而少数载流子是因本 征激发产生，因而其浓度与掺杂无关， 只与温度等激发因素有关.
13
1.1.2 PN结
一．PN结的形成
在一块本征半导体的两边,分别形
成P型和N型半导体,在两种载流子交界
《模拟电子技术》
1
第一章 半导体二极管及其应用电路
本章主要内容： 1.1 半导体的基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 特殊二极管 1.4 半导体二极管的应用 1.5 本章小结

模拟电路基础知识教程

n01单元半导体器件基础半导体的导电特性导体、绝缘体和半导体本征半导体的导电特性杂质半导体的导电特性PN结晶体二极管二极管的结构与伏安特性半导体二极管的主要参数半导体二极管的等效电路与开关特性稳压二极管晶体三极管三极管的结构与分类三极管内部载流子的运动规律、电流分配关系和放大作用三极管的特性曲线三极管的主要参数三极管的开关特性场效应管结型场效应管绝缘栅型场效应管特殊半导体器件发光二极管02单元基本放大电路基本放大电路的工作原理基本放大电路的组成直流通路与静态工作点交流通路与放大原理放大电路的性能指标放大电路的图解分析法放大电路的静态图解分析放大电路的动态图解分析输出电压的最大幅度与非线性失真分析微变等效电路分析法晶体管的h参数晶体管的微变等效电路用微变等效电路法分析放大电路静态工作点的稳定温度变化对静态工作点的影响工作点稳定的电路场效应管放大电路场效应管放大电路的静态分析多级放大电路多级放大电路的级间耦合方式多级放大电路的分析方法放大电路的频率特性单级阻容耦合放大电路的频率特性多级阻容耦合放大电路的频率特性03单元负反馈放大电路反馈的基本概念和分类反馈的基本概念和一般表达式反馈放大电路的类型与判断负反馈放大电路基本类型举例电压串联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路负反馈对放大电路性能的影响降低放大倍数提高放大倍数的稳定性展宽通频带减小非线性失真改变输入电阻和输出电阻负反馈放大电路的分析方法深度负反馈放大电路的近似计算*方框图法分析负反馈放大电路04单元功率放大器功率放大电路的基本知识概述甲类单管功率放大电路互补对称功率放大电路OCL类互补放大电路OTL甲乙类互补对称电路复合互补对称电路05单元直接耦合放大电路概述直接耦合放大电路中的零点漂移基本差动放大电路的分析基本差动放大电路基本差动放大电路抑制零点漂移的原理基本差动放大电路的静态分析基本差动放大电路的动态分析差动放大电路的改进06单元集成运算放大器集成电路基础知识集成电路的特点集成电路恒流源有源负载的基本概念集成运放的典型电路及参数典型集成运放F007电路简介集成运放的主要技术参数集成运放的应用概述运放的基本连接方式集成运放在信号运算方面的应用集成运放在使用中应注意的问题07单元直流电源整流电路半波整流电路全波整流电路桥式整流电路倍压整流电路滤波电路电容滤波电路电感滤波电路复式滤波电路有源滤波电路稳压电路并联型硅稳压管稳压电路串联型稳压电路的稳压原理带有放大环节的串联型稳压电路稳压电源的质量指标08单元正弦波振荡电路自激振荡原理自激振荡的条件自激振荡的建立和振幅的稳定正弦波振荡电路的组成LC正弦波振荡电路变压器反馈式振荡电路三点式LC振荡电路三点式LC振荡电路的构成原则电感三点式振荡电路电容三点式振荡电路克拉泼与席勒振荡电路（改进型电容三点式振荡电路）石英晶体振荡器石英晶体的基本特性和等效电路石英晶振：并联型晶体振荡电路石英晶振：串联型晶体振荡电路RC振荡电路RC相移振荡电路文氏电桥振荡电路09单元调制、解调和变频调制方式调幅调幅原理调幅波的频谱调幅波的功率调幅电路检波小信号平方律检波大信号直线性检波调频调频的特点调频波的表达式调频电路：变容二极管调频电路调频与调幅的比较鉴频对称式比例鉴频电路不对称式比例鉴频电路变频变频原理变频电路10单元无线广播与接受无线电广播与接收无线电波的传播超外差收音机超外差收音机方框图超外差收音机性能指标LC谐振回路LC串联谐振回路LC并联谐振回路输入回路统调中频放大电路自动增益电路整机电路分析向运动形成较大的电流。

模拟电子技术基础(第四版)课件 童诗白


向特性将下移。
I / mA
15
温度增加
10
5
– 50 – 25
–0.01 0 0.2 0.4 U / V
–0.02
二极管的特性对温度很敏感。
1.2.3 二极管的参数
(1) 最大整流电流IF
(2) 反向击穿电压U（BR）和最高反向工作电压URM
(3) 反向电流IR (4) 最高工作频率fM
(5) 极间电容Cj
即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。
P
N
二、 PN 结的单向导电性 空间电荷区变窄，有利
1. PN结 外加正向电压时处于导通于状扩态散运动，电路中有
较大的正向电流。
又称正向偏置，简称正偏。
P
耗尽层
N
I 内电场方向
外电场方向
V
R
图 1.1.6
在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的 正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。
在实际应用中，应根据管子 所用的场合，按其所承受的 最高反向电压、最大正向平 均电流、工作频率、环境温 度等条件，选择满足要求的 二极管。
1.2.4 二极管等效电路
一、由伏安特性折线化得到的等效电路
1. 理想模型
2. 恒压降模型
3. 折线模型
二、二极管的微变等效电路
二极管工作在正向特性的某一小范围内时， 其正向特性可以等效成一个微变电阻。
2. PN 结外加反向电压时处于截止状态(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内 电场的作用；
外电场使空间电荷区变宽；
不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩 散电流，电路中产生反向电流 I ；
由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。

模拟电子技术基础(第五版)新 完整版本 课件

3. 杂质对半导体导电性的影响 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，
一些典型的数据如下:
1 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3
3 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3
束缚电子同时受两个原子的约束，如果没有足够 的能量，不易脱离轨道。
因此，在绝对温度T=0K（-273 C）时，由于共 价键中的电子被束缚着，本征半导体中没有自由电子， 不导电。只有在激发下，本征半导体才能导电。
3、电子与空穴
当导体处于热
力学温度0K时，
导体中没有自由电
子。当温度升高或
受到光的照射时，
在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自 由电子是少数载流子， 由热激发形成。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因 而也称为受主杂质。
P型半导体的结构示意图如图所示：
空穴 硼原子核
P型半导体中： 空穴是多数载流子，主要由掺杂形成； 电子是少数载流子，由热激发形成。
3.1.4 杂质半导体
以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
本节中的有关概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子
3.2 PN结的形成及特性
3.2.1 载流子的漂移与扩散 3.2.2 PN结的形成 3.2.3 PN结的单向导电性 3.2.4 PN结的反向击穿 3.2.5 PN结的电容效应
价电子能量增高，
有的价电子可以挣
脱原子核的束缚， 而参与导电，成为
由于随机热振动致使共价键被打破而产生 空穴－电子对
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一般采用高温扩散工艺进行掺杂 N型半导体(N-type semiconductor)
—— 掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。
P型半导体(P-type semiconductor) —— 掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。
1. N 型半导体(Negative 负）
在本征半导体中掺入少量的五价元素（如磷）
1. 本征半导体的原子结构和共价键
+4
+4
+4
形成共价键后，每个原子 的最外层电子是八个，构成 稳定结构。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
共价键内的电子 称为束缚电子
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
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。
本征浓度(ni): 平衡状态下，本征半导体单位体积内的 自由电子数（空穴数）。它是温度的敏 感函数。
3. 本征浓度
平衡状态下本征半导体单位体积内自由电子数（或空穴数）
3
EG
式中： ni pi B T 2 e 2kT
ni ：自由电子的浓度 pi ：空穴的浓度
B ：系数 T ：绝对温度
k ：波尔兹曼常数
N型半导体
+4
+45
+4
+4
+4
+4
磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相邻的半导体原子形成共 价键，必定多出一个电子，这个电子 几乎不受束缚，很容易被激发而成为 自由电子（常温下几乎完全电离）， 这样磷原子就成了不能移动的带正电 的离子。这一现象称为“施主电离”。 磷原子称为施主原子。
施主电离：
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的 导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外 部因素，这是半导体的一大特点。
3. 本征浓度
载流子的复合: 自由电子与空穴在热运动中相遇，使 一对自由电子和空穴消失的现象称为 载流子复合。
动态平衡:
复合是产生的相反过程，当产生等于 复合时，称载流子处于平衡状态。
第一章 常用半导体器件
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
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
1.1 半导体基础知识
一. 半导体的定义与基本特性
根据材料导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝
外电场作用下空穴导电过程：
两种载流子（动画）
由此可以看出：
1. 本征半导体中有两种载流子 —— 自由电子和空穴 它们是成对出现的
2.在外电场的作用下，产生电流 ——电子流和空穴流 电子流： 自由电子作定向运动形成的 与外电场方向相反 空穴流： 价电子递补空穴形成的
与外电场方向相同 3.本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
+4
+ +++++
+4
+45
+4
+ +++++ + +++++
2. P 型半导体（ Positive 正）
在本征半导体中掺入少量的三价元素（如硼）
P 型半导体。
硼原子的最外层有三个价电子，与相
邻的半导体原子形成共价键时，产生
一个空位。价电子因热运动很容易来
高温掺杂
晶体管
I
半导体
V
mA
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
§1.1.1 本征半导体
纯净的且具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。 纯度：大于99.9999%，“六个9”
硅和锗的晶体结构：
硅和锗的晶体结构取决于 原子结构。硅和锗的原子结构 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。
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
V
mA
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。
2. 本征激发
挣脱共价键的束缚 成为自由电子
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
留下的空位称为空穴
随着温度升高，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，这一现象称为本征激 发。
本征半导体中存在数 量相等的两种载流子
自由电子
空穴
+4
+45
+4
产生自由电子和正离子对 本征激发：
产生自由电子和空穴对
1. N 型半导体(Negative 负）
施主电离 本征激发
+4
+45
+4
+4
自由电子和正离子
自由电子和空穴 载流子
自由电子 ——多数载流子
（多子）
空穴 —— 少数载流子
（少子）
空穴比未加杂质时的数目
+4
多了？少了？为什么？
电荷模型：
Ⅴ族化合物半导体[砷化镓(GaAs)等]。
• 半导体材料 Si： +14 2 8 4
Ge： +32 2 8 18 4
最外层电子（价电子）都是四个 价电子
Si
Ge惯性核表示：源自+4惯性核：除价电子外的 内层稳定结构
二. 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，制成 的热敏电阻可以用于温度控制。
EG ：价电子挣脱共价键所需能量, 又叫禁带宽度
（1）相同温度下，Ge的ni>>Si的ni （2）常温下本征浓度远小于原子密度。
因此本征半导体的导电能力很弱。
§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。 (impurity semiconductor)
缘体和半导体。 导 体： 电阻率 < 10-4 Ω·cm，如铁、铝、铜等金属元素等 低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移 动，形成电流。
绝缘体：电阻率 > 109 Ω·cm，如惰性气体、橡胶等，其 原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场 强到相当程度时才可能导电。
半导体：电阻率 介于前两者之间。 典型的半导体有单质半导体[硅(Si)和锗(Ge)]以及Ⅲ-