模电(第1章--常用半导体器件)PPT优秀课件
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模拟电子技术第1章PPT课件
多数载流子——自由电子 施主离子
少数载流子—— 空穴
7
8
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
8
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子 9
杂质半导体的示意图
(1) 稳定电压UZ ——
在规定的稳压管反向工作电流IZ下UZ，所对应的Iz反min 向工作电u压。
(2) 动态电阻rZ ——
△I
rZ =U /I
rZ愈小，反映稳压管的击穿特性△愈U 陡。
I zmax
(3) 最小稳定工作 电流IZmin——
保证稳压管击穿所对应的电流，若IZ＜IZmin则不能稳压。
(4) 最大稳定工作电流IZmax——
17
EW
R
18
(2) 扩散电容CD
当外加正向电压
不同时，PN结两 + 侧堆积的少子的 数量及浓度梯度 也不同，这就相 当电容的充放电 过程。
P区 耗 尽 层 N 区 －
P 区中电子 浓度分布
N 区中空穴 浓度分布
极间电容（结电容）
Ln
Lp
x
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
18
19
1.2 半导体二极管
30
31
四、稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
பைடு நூலகம்
模电1--常用半导体器件PPT课件
.5ຫໍສະໝຸດ 1.1.0 半导体特性常用的半导体导体材料有如：：金属 物元体素分半类导绝体缘：体硅（如S：i）橡、胶锗、（云G母e、）塑料等。
化合物半半导导体体：—砷化导镓电（能G力aA介s于）导体和绝缘体之间。 掺杂材料：硼(B)、铟(In)；磷(P)、锑(Sb)。
• 半导体特性
掺杂特性 掺入杂质则导电率增加几百倍
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
自由电子始终在导带内运动
空穴流 价电子递补空穴形成的
用空穴移动产
与外电场方向相同
生的电流代表束缚电
始终在价带内运动
子移动产生的电流
.
10
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体
掺入三价元素如B、Al、In等， 形成P型半导体，也称空穴型半导体
+4
.
8
本征半导体
共价键内的电子 挣脱原称子为核束束缚缚电的子 价带中电留子下称的为自由电子 空位称为空穴
导带
自由电子定向移 动形成电外子电流场E
禁带EG
束缚电子填补空穴的 定向移动形成空穴流
价带
.
9
本征半导体
1. 本征半导体中有两种载流子 — 自由电子和空穴 电子浓度ni = 空穴浓度pi
空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。
定其化学性质和导电性能 .
7
1.1.1 本征半导体
本征半导体
完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度：99.9999999%，“九个9” 它在物理结构上呈单晶体形态。
T=常0K用且的无本外征半界导激体发，只有束缚电子，没有自由电子，本征 半导体相当于绝缘体；T=300K，本征激发，少量束缚电子
最新模电课件-第1章-半导体器件课件PPT
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 场效应晶体管
共价键
价电子共有化，形成共价键的晶格结构
空穴
自由电子
半导体中有两种载流子:自由电子和空穴
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
在外电场作用下，电子的定向移动形成电流
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
在外电场作用下，空穴的定向移动形成电流
1.本征半导体中载流子为自由电子和空穴(金属呢？)。
2.电子和空穴成对出现,浓度相等。
3.由于热激发可产生电子和空穴,因此半导体的导 电性和温度有关,对温度很敏感。
2 杂质半导体
2.1 N型半导体
在纯净的硅晶体 中掺入五价元素 （如磷），使之取 代晶格中硅原子的 位置，就形成了N 型半导体。
PN结
I扩 I漂
当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;
3.当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
3.2 PN结的单向导电性
1) PN结外加正向电压时处于导通状态 加正向电压是指P端加正电压，N端加负电压， 也称正向接法或正向偏置。
将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了 半导体二极管。由P区引出的电极为阳极（A） ，由N区 引出的电极为阴极（ K ）。
模电PPT【2024版】
一、结型场效应管（JFET）
N沟道结型场效应管
漏极d (drain)
栅极 g(gate)
导电沟道
源极s(source)
N沟道结构示意图
1、工作原理
•栅-源电压uGS < 0, PN结反 偏,无载流子，属于高阻区
• N型半导体中多子导电， 不经过 PN 结
▪ 栅-源电压uGS 控制耗尽层宽 度，进而控制沟道宽度
例：已知UZ、 [IZmin , IZmax]、RL ，求限流电阻R的取 值范围。
➢ Uo =UZ ➢ IDz [IZmin , IZmax]
IR
I DZ
Uz RL
R UI UZ IR
例 现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向
导通电压为0.7V。试问： （1）若将它们串联相接，则可得到几种稳压值？各为多少？ （2）若将它们并联相接，则又可得到几种稳压值？各为多少？
理想 二极管
导通时△i与△u 成线性关系
理想开关： 导通时 UD＝0 截止时IS＝0
近似分析 中最常用
导通时UD＝Uon 截止时IS＝0
应根据不同情况选择不同的等效电路！
100V？5V？1V？
？
2、微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
c-e间击穿电压
最大集电极耗散功 率，PCM＝iCuCE
安全工作区
讨论一：
PCM iCuCE
uCE=1V时的iC就是ICM
2.7
iC iB
U CE
U（BR）CEO
由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、β。
§1.4 场效应管（FET）
模拟电子技术基础常用半导体器件.ppt
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动
(1-14)
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
(1-34)
1.2.4 二极管的等效电路
能够用简单、理想的模型来模拟电子 器件的复杂特性或行为的电路称为等效电路， 也称为等效模型。
能够模拟二极管特性的电路称为二极管的 等效电路，也称为二极管的等效模型。
(1-35)
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
Uon Uon
如何判断二极管的工作状态？
什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
对V和Ui二极管的模 型有什么不同？
iD
V
uD R
V与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
uD=V－iR
UD
应用举例——补充
R
+
2. 限幅电路
D I
例2.4.2 提示
UREF
(1) uI (Uon UREF ) 3.5 V 时
型半导体和N型半导体，经过载流子的扩 散，在它们的交界面处就形成了PN结。
(1-12)
电子技术精品课程模拟电路第1章 常用半导体器件 91页PPT课件
第1章 常用半导体器件
第1章 常用半导体器件
1.1 半导体基础和半导体二极管
1.2 双极型半导体三极管 1.3 场效应半导体三极管 1.4 晶闸管(可控硅SCR)
2020/7/22
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1
整体概况
第1章 常用半导体器件
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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＋
＋N ＋
内电场
E
R
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12
② 外加反向电压（也叫反向偏置）
第1章 常用半导体器件
外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难
以进行，少子在电场作用下形成反向电流I，因为是少子漂移 运动产生的，I很小，这时称PN结处于截止状态。
空间电荷区
变宽
P 区 空间电荷区
N区
＋＋＋
＋＋ ＋
ห้องสมุดไป่ตู้
PN结的单向导电性
第1章 常用半导体器件
① 外加正向电压（也叫正向偏置） 外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，多子扩散运动大
大超过少子漂移运动，形成较大的正向电流，这时称PN结处 于导通状态。
P 区 空间电荷区 N 区
＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
空间电荷区 变窄
P IF 外 电 场
正向电压大于死区电压后 ，正向电流随着正向电压增 大迅速上升。通常死区电压 硅管约为0.5V，锗管约为 0.2V。
（2）反向特性(外加反向电压)
外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向饱和电流IS很小。
反向电压大于击穿电压VBR时，反向电流急剧增加。
第1章 常用半导体器件
1.1 半导体基础和半导体二极管
1.2 双极型半导体三极管 1.3 场效应半导体三极管 1.4 晶闸管(可控硅SCR)
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整体概况
第1章 常用半导体器件
概况一
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＋N ＋
内电场
E
R
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② 外加反向电压（也叫反向偏置）
第1章 常用半导体器件
外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难
以进行，少子在电场作用下形成反向电流I，因为是少子漂移 运动产生的，I很小，这时称PN结处于截止状态。
空间电荷区
变宽
P 区 空间电荷区
N区
＋＋＋
＋＋ ＋
ห้องสมุดไป่ตู้
PN结的单向导电性
第1章 常用半导体器件
① 外加正向电压（也叫正向偏置） 外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，多子扩散运动大
大超过少子漂移运动，形成较大的正向电流，这时称PN结处 于导通状态。
P 区 空间电荷区 N 区
＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
空间电荷区 变窄
P IF 外 电 场
正向电压大于死区电压后 ，正向电流随着正向电压增 大迅速上升。通常死区电压 硅管约为0.5V，锗管约为 0.2V。
（2）反向特性(外加反向电压)
外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向饱和电流IS很小。
反向电压大于击穿电压VBR时，反向电流急剧增加。
模拟电子技术第一章常用半导体器件l
课程背景
课程目标
通过本章节的学习，学生应掌握常用半导体器件的基本原理、特性及应用，为 后续章节的学习打下基础。
课程安排
本章节将通过PPT演示、实验操作等形式，帮助学生深入理解常用半导体器件的 工作原理和应用。
02
半导体基础知识
半导体的定义与特性
总结词
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其电阻率受温度、光照、电场、磁场 等因素影响。
工作原理
通过基极电流控制集电极和发射极的电流。
应用场景
放大、开关等。
场效应管
场效应管种类
结型场效应管和绝缘栅型场效应管。
工作原理
通过电场效应控制导电沟道的开闭，从而控制电流的流动。
应用场景
放大、开关、振荡等。Βιβλιοθήκη 04半导体器件的特性
参数与性能指标
半导体器件的参数定义与测量
伏安特性
描述半导体器件在工作区内的电压与电流关 系，可以通过实验测量得到。
03
常用半导体器件介
绍
二极管
二极管种类
包括硅二极管和锗二极管，还有肖特基二极管、快恢复二极管等 特殊类型。
工作原理
正向导通，反向截止。在正向电压下，电子从N极流入P极，电流 通过；在反向电压下，电子不能流动，电流截止。
应用场景
整流、检波、稳压等。
三极管
三极管种类
NPN和PNP型，还有场效应管等特殊类型。
截止频率
衡量半导体器件的高频性能，表示器件在高 频下的响应能力。
输入电阻和输出电阻
衡量半导体器件对信号的输入和输出能力， 可以通过计算得到。
噪声系数
衡量半导体器件在信号传输过程中引入的噪 声大小，影响信号质量。
模电第一节PPT(1-半导体基础知识)
扩散
在没有电场的情况下，载流子会从高浓度区域向低浓度区域 扩散。
载流子的产生与复合
产生
在半导体中，载流子的产生主要通过热激发和光激发两种方式。热激发是指电子从价带跃迁到导带； 光激发是指光子与价带电子相互作用，将其激发到导带。
复合
载流子在半导体中会相互复合，释放出能量。这种复合过程分为带间复合和带内复合两种类型。带间 复合是指电子和空穴分别从导带和价带跃迁回各自原来的能级；带内复合是指电子和空穴在同一能级 上发生相互作用，释放出能量。
详细描述
半导体可以根据其导电类型分为P型和N型两种。P型半导体中，多数载流子为空 穴；N型半导体中，多数载流子为电子。
半导体的特性
总结词
半导体的特性
详细描述
半导体的特性包括热敏性、光敏性和掺杂性。热敏性是指半导体材料的电阻随温度变化而变化的特性；光敏性是 指半导体材料能够将光能转换为电能的特性；掺杂性是指通过向半导体中添加其他元素来改变其导电性能的特性。
和热导率等。
常见的合金半导体有硅化物、氮 化物和硫化物等。
03
半导体中的载流子
电子与空穴
电子
带负电荷，是半导体的主要载流 子。在半导体中，电子可以在价 带和导带之间自由移动。
空穴
带正电荷，是电子缺失所产生的 虚拟粒子。在半导体中，空穴的 运动方向与电子相反。
载流子的运动与扩散
运动
在电场的作用下，载流子会沿着电场方向运动，形成电流。
度和性能。
三维集成技术
通过三维集成技术，将不同工艺 的芯片集成在一个封装内，实现
更高效的系统级集成。
柔性电子技术
柔性电子技术使得电子设备可以 弯曲、折叠，具有轻便、可穿戴 等特点，为新型电子产品提供了
模拟电子技术第1半导体器件精品PPT课件
根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求， 放大器可分为四种类型，可以定义四种放大倍数。
第1讲
1.2.2.放大电路的主要技术指标
1. 放大倍数
放大电路有四种类型： 电压/电流放大器 互阻/互导放大器
（1）电压放大倍数定义为: （2）电流放大倍数定义为: （3）互阻放大倍数定义为: （4）互导放大倍数定义为:
用来实现电信号的产生、传输或处理的电路整体。 如：收音机、电视机 其设计目标为SOPC（单片可编程系统）
实用系统：在很多情况下，电子系统必须与
其它物理系统结合，从而构成完整的实用系统。 如：计算机系统有光驱、软驱等精密机械系统
工业生产中的许多生产设备，可能由电子、机械、 动力、热工、激光等多种物理系统组合而成。
电信号：代表一定信息的电压或电流信号。
利用变换设备，把语言、文字、图像等信息转换为 随时间作相应变化的电压或电流信号，以便于传输。
例1：无线电收音机——超外差式
射频
混频级
中频
中频载波 放大级
检波级
中频载波
音频
功率 放大级
音频
载波信号
小信号
大信号
信号
信号
1.1.1 信号及其分类
例2：电视收发系统
景物 摄 像 机
温度为300K时几种材料的电阻率（Ω·cm）
导体
半导体
银
铜
纯净锗 纯净硅 砷化镓
Ag
Cu
Ge
Si
GeAs
1.6×10-8
1.7×10-8
600
0.6
2.3×103
绝缘体
橡胶
其中的各个电子系统完成两方面工作： 1)对生产过程的监视与调控； 2)控制生产机械的驱动机构动作；
第1讲
1.2.2.放大电路的主要技术指标
1. 放大倍数
放大电路有四种类型： 电压/电流放大器 互阻/互导放大器
（1）电压放大倍数定义为: （2）电流放大倍数定义为: （3）互阻放大倍数定义为: （4）互导放大倍数定义为:
用来实现电信号的产生、传输或处理的电路整体。 如：收音机、电视机 其设计目标为SOPC（单片可编程系统）
实用系统：在很多情况下，电子系统必须与
其它物理系统结合，从而构成完整的实用系统。 如：计算机系统有光驱、软驱等精密机械系统
工业生产中的许多生产设备，可能由电子、机械、 动力、热工、激光等多种物理系统组合而成。
电信号：代表一定信息的电压或电流信号。
利用变换设备，把语言、文字、图像等信息转换为 随时间作相应变化的电压或电流信号，以便于传输。
例1：无线电收音机——超外差式
射频
混频级
中频
中频载波 放大级
检波级
中频载波
音频
功率 放大级
音频
载波信号
小信号
大信号
信号
信号
1.1.1 信号及其分类
例2：电视收发系统
景物 摄 像 机
温度为300K时几种材料的电阻率（Ω·cm）
导体
半导体
银
铜
纯净锗 纯净硅 砷化镓
Ag
Cu
Ge
Si
GeAs
1.6×10-8
1.7×10-8
600
0.6
2.3×103
绝缘体
橡胶
其中的各个电子系统完成两方面工作： 1)对生产过程的监视与调控； 2)控制生产机械的驱动机构动作；
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当P区和N区的杂质浓度不相等时，浓度高一侧的 离子区宽度小于浓度低的一侧，称为不对称PN结。
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模拟电子技术基础
二、PN结的单向导电性
1、PN结外加正向电压时处于导通状态
PN 结加正向电压、处于正向偏置（简称正偏）：
PN结的P 区电位高于N 区，即UP＞UN。
PN结内电场减弱， 外电场将多子推向PN结， PN结变窄，扩散运动加
杂质半导体还是电中性。
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模拟电子技术基础
1.1.3 PN结
一、PN结的形成 扩散运动：由于浓度差而产生的运动。 漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动。
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模拟电子技术基础
漂移运动
P型半导体 内电场 N型半导体
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
扩散运动
界面两侧留下不能 移动的正负离子
随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增
模拟电子技术基础
若在本征半导体两端外加一电场，则一方面自由电 子将产生定向移动，形成电子电流；
另一方面，由于空穴的存在，价电子将按一定的方 向依次填补空穴，使空穴定向移动，形成空穴电流。
本征半导体中的电流是电子电流和空穴电流之和。
参与导电的带电粒子称为载流子。 半导体中有自由电子和空穴两种载流子。
2、半导体材料中的载流子。
3、本征激发与复合，本征激发与温度的关系。
4、N型半导体所掺入杂质，多数载流子（简称多 子），少数载流子（简称少子）。
5、P型半导体所掺入杂质，多子，少子。 6、扩散运动和漂移运动。
7、PN结的形成过程。
8、对称PN结和不对称PN结。
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模拟电子技术基础
9、PN结的正向偏置（简称正偏）和反向偏置（简 称反偏）。
PN结
强，漂移运动减弱。
在电源作用下，扩散 运动将源源不断地进行， 从而形成较大的正向电 流，PN结导通。
外电场
内电场
R（限流电阻） + V -
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模拟电子技术基础
2、PN结外加反向电压时处于截止状态
PN 结加反向电压、处于反向偏置（简称反偏）：
PN结的P区电位低于N 区，即UP＜UN。
10、PN结的导电特性。 11、PN结宽度与外加电压的关系。 12、PN结的电流方程。 13、PN结的伏安特性。 14、PN结的击穿。 15、PN结的电容效应。
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模拟电子技术基础
1.1.1 本征半导体
纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 半导体具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。 常用的半导体材料是硅（Si）和锗（Ge），它们均 为四价元素。
自由电子
+4 +4
变为正离子
++54
+4
施主原子
磷原子
自由电子的浓度大于空穴的浓度。
自由电子为多数载流子，简称多子；空穴为少数载
流子，简称少子。
10
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模拟电子技术基础
二、P型半导体
多子：空穴
空穴
+4
+4
变为负离子
+3
+4
硼原子
少子：自由 电子。
受主原子
多子的浓度约等于所掺杂质原子的浓度，几乎与温 度无关；少子对温度非常敏感。
当温度升高或有光照时，热运动加剧，挣脱共价键 束缚的自由电子增多，空穴也增多，即载流子的浓度 升高，导电能力增强。
n ip iK 1 T 32e E GO 2 kT
T为热力学温度。
本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切相 关。
9
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模拟电子技术基础
1.1.2 杂质半导体
一、N型半导体
即i随u按指数规律变化。
2、PN结反偏，且 │u│＞＞UT时，i≈-IS。
强。 13
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模拟电子技术基础
内电场阻碍多子的扩散，而有利于少子的漂移
最终扩散和漂移这一对相反的运动达到平衡，形成 具有一定宽度的PN结。
无外电场时PN结两侧有电位差Uho，但PN结中的电 流为零。
正负离子区称为PN结，也称为空间电荷区，也称 耗尽层。
当P区和N区的杂质浓度相等时，正负离子区的宽 度也相等，称为对称PN结。
本征半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现 象称为本征激发。
自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空
穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。
8
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模拟电子技术基础
在一定温度下，本征激发所产生的自由电子和空穴 对，与复合的自由电子和空穴对数目相等，达到动态 平衡。
即在一定温度下，本征半导体中载流子的浓度是 一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。
PN结内电场加强，阻 止扩散运动的进行、而
PN结
漂移运动加剧，形成反
向电流；空间电荷区变
宽。
内电场
但少子的数目极少，即 外电场
使所有少子都参与漂移运 动，反向电流也非常小，
R（限流电阻） - V +
认为PN结加反向电压时 处于截止状态。
PN结具有单向导电性。
16
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模拟电子技术基础
三、PN结的电流方程 PN结所加端电压u与流过它的电流i的关系为
惯性核
Si
+4
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+4 共价键
+4
+4
+4
价电子 +4 共价键较为牢固，使原子规则排列，形成晶体。
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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。
空穴
+4
+4
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第1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 1.5 单结晶体管和晶闸管 1.6 集成电路中的元件 1.7 Multisim应用举例—二极管特性的研究
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1.1 半导体基础知识
本节的内容：
1、半导体材料的原子结构。
自由电子
+4
+4
束缚电子
原子因失去电子而成为带正电的离子。
6
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空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子
自由电子和空穴是成对出现的。
在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补， 结果相当于空穴的迁移。
而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认 为空穴是带正电的粒子。
7
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电子的电量 玻尔兹曼常数
热力学温度
反向饱和电流
iIS(e qukT 1) IS(euUT1)
UT=kT/q。常温下，即T=300K时，UT≈26mV。
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四、PN结的伏安特性
i与u的关系曲线称为伏安特性。
1、PN结正偏，且u＞＞UT时，
iIS(euUT1)iISeuUT