模擬電路基礎(chǔ)教程課件

緒論1.電子技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)2.電子技術(shù)的應(yīng)用范圍3.本課程與其它專(zhuān)業(yè)課的關(guān)系4.電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)特點(diǎn)緒論1.電子技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)2.電子技術(shù)的應(yīng)用范圍3.1參考書(shū)：《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版）：清華大學(xué)童詩(shī)白、華成英主編2.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分第四版）：華中理工大學(xué)康華光主編參考書(shū)：《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版）：2.《電子技術(shù)基21.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.2PN結(jié)1.3半導(dǎo)體二極管第一章晶體二極管1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第一章晶體二極管31.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3半導(dǎo)體的溫度特性

根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的電阻率為10-3～109cm。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性1.41.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性

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99.9999999%，常稱(chēng)為“九個(gè)9”。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。1.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性本征半導(dǎo)體——化學(xué)成5

(1）本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

硅和鍺是四價(jià)元素，在原子最外層軌道上的四個(gè)電子稱(chēng)為價(jià)電子。它們分別與周?chē)乃膫€(gè)原子的價(jià)電子形成共價(jià)鍵。共價(jià)鍵中的價(jià)電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。這種結(jié)構(gòu)的立體和平面示意圖見(jiàn)圖01.01。

圖01.01硅原子空間排列及共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖

(a)硅晶體的空間排列(b)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖(c)(1）本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺是四6

（2）電子空穴對(duì)

當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K時(shí)，導(dǎo)體中沒(méi)有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)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，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱(chēng)呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為空穴。這一現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)，也稱(chēng)熱激發(fā)。（2）電子空穴對(duì)當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K時(shí)7

可見(jiàn)因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱(chēng)為電子空穴對(duì)。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱(chēng)為復(fù)合，如圖01.02所示。本征激發(fā)和復(fù)合在一定溫度下會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

圖01.02本征激發(fā)和復(fù)合的過(guò)程（動(dòng)畫(huà)1-1）可見(jiàn)因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成8

(3)空穴的移動(dòng)

自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成了電子電流，空穴的定向運(yùn)動(dòng)也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過(guò)空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，空穴的導(dǎo)電能力不如自由電子（見(jiàn)圖01.03的動(dòng)畫(huà)演示）。（動(dòng)畫(huà)1-2）圖01.03空穴在晶格中的移動(dòng)(3)空穴的移動(dòng)自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成91.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體(1)N型半導(dǎo)體(2)P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)后的本征半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體(1)N型半導(dǎo)體在10

(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，可形成

N型半導(dǎo)體,也稱(chēng)電子型半導(dǎo)體。

因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周?chē)膫€(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無(wú)共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。

在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,

由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因自由電子脫離而帶正電荷成為正離子，因此，五價(jià)雜質(zhì)原子也被稱(chēng)為施主雜質(zhì)。N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.04所示。圖01.04N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖(1）N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)11(2)P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成P型半導(dǎo)體，也稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體。因三價(jià)雜質(zhì)原子與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。

P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。

空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱(chēng)為受主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.05所示。圖01.05P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖

圖01.05P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖(2)P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)121.1.3雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響

摻入雜質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:

4.96×1022/cm3

3以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3

。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm31.1.3雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響摻入13雜質(zhì)半導(dǎo)體簡(jiǎn)化模型雜質(zhì)半導(dǎo)體簡(jiǎn)化模型141.2PN結(jié)1.2.1PN結(jié)的形成1.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.2.3PN結(jié)的電容效應(yīng)1.2PN結(jié)1.2.1PN結(jié)的形成1.2.2P151.2.1

PN結(jié)的形成

在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過(guò)程:

因濃度差

多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散1.2.1PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體16

最后多子擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱(chēng)為

PN結(jié),在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱(chēng)耗盡層。

圖01.06PN結(jié)的形成過(guò)程

（動(dòng)畫(huà)1-3）

PN結(jié)形成的過(guò)程可參閱圖01.06。最后多子擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。對(duì)于171.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

如果外加電壓使PN結(jié)中：P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱(chēng)為加正向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)正偏；

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。

P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱(chēng)為加反向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)反偏。

1.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦匀绻饧与妷菏筆N結(jié)中18

(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響,PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖01.07（動(dòng)畫(huà)1-4）圖01.07PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況外加的正向電19

(2)PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，由于漂移電流本身就很小，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。

在一定溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱(chēng)為反向飽和電流。PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖01.08所示。圖01.08PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況(2)PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況20

PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

（動(dòng)畫(huà)1-5）圖01.08PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散21

1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。

2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與。（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。

3.當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量。

（a.減少、b.不變、c.增多）abc

4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba思考題：1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與2.221.2.3PN結(jié)的電容效應(yīng)

PN結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定。

一是勢(shì)壘電容CB

二是擴(kuò)散電容CD1.2.3PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)具有一23

(1)勢(shì)壘電容CB

勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢(shì)壘電容的示意圖見(jiàn)圖01.09。圖01.09勢(shì)壘電容示意圖(1)勢(shì)壘電容CB勢(shì)壘電容是由空間電24

擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。(2)擴(kuò)散電容CD

反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類(lèi)似的濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容的示意圖如圖01.10所示。擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面25

圖01.10擴(kuò)散電容示意圖

當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不相同，這就相當(dāng)電容的充放電過(guò)程。勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。圖01.10擴(kuò)散電容示意圖當(dāng)外加正向電26緒論1.電子技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)2.電子技術(shù)的應(yīng)用范圍3.本課程與其它專(zhuān)業(yè)課的關(guān)系4.電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)特點(diǎn)緒論1.電子技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)2.電子技術(shù)的應(yīng)用范圍3.27參考書(shū)：《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版）：清華大學(xué)童詩(shī)白、華成英主編2.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分第四版）：華中理工大學(xué)康華光主編參考書(shū)：《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版）：2.《電子技術(shù)基281.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.2PN結(jié)1.3半導(dǎo)體二極管第一章晶體二極管1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第一章晶體二極管291.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3半導(dǎo)體的溫度特性

根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的電阻率為10-3～109cm。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性1.301.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性

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99.9999999%，常稱(chēng)為“九個(gè)9”。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。1.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性本征半導(dǎo)體——化學(xué)成31

(1）本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

硅和鍺是四價(jià)元素，在原子最外層軌道上的四個(gè)電子稱(chēng)為價(jià)電子。它們分別與周?chē)乃膫€(gè)原子的價(jià)電子形成共價(jià)鍵。共價(jià)鍵中的價(jià)電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。這種結(jié)構(gòu)的立體和平面示意圖見(jiàn)圖01.01。

圖01.01硅原子空間排列及共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖

(a)硅晶體的空間排列(b)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖(c)(1）本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺是四32

（2）電子空穴對(duì)

當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K時(shí)，導(dǎo)體中沒(méi)有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)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，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱(chēng)呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為空穴。這一現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)，也稱(chēng)熱激發(fā)。（2）電子空穴對(duì)當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K時(shí)33

可見(jiàn)因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱(chēng)為電子空穴對(duì)。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱(chēng)為復(fù)合，如圖01.02所示。本征激發(fā)和復(fù)合在一定溫度下會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

圖01.02本征激發(fā)和復(fù)合的過(guò)程（動(dòng)畫(huà)1-1）可見(jiàn)因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成34

(3)空穴的移動(dòng)

自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成了電子電流，空穴的定向運(yùn)動(dòng)也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過(guò)空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，空穴的導(dǎo)電能力不如自由電子（見(jiàn)圖01.03的動(dòng)畫(huà)演示）。（動(dòng)畫(huà)1-2）圖01.03空穴在晶格中的移動(dòng)(3)空穴的移動(dòng)自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成351.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體(1)N型半導(dǎo)體(2)P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)后的本征半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體(1)N型半導(dǎo)體在36

(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，可形成

N型半導(dǎo)體,也稱(chēng)電子型半導(dǎo)體。

因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周?chē)膫€(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無(wú)共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。

在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,

由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因自由電子脫離而帶正電荷成為正離子，因此，五價(jià)雜質(zhì)原子也被稱(chēng)為施主雜質(zhì)。N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.04所示。圖01.04N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖(1）N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)37(2)P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成P型半導(dǎo)體，也稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體。因三價(jià)雜質(zhì)原子與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。

P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。

空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱(chēng)為受主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.05所示。圖01.05P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖

圖01.05P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖(2)P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)381.1.3雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響

摻入雜質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:

4.96×1022/cm3

3以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3

。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm31.1.3雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響摻入39雜質(zhì)半導(dǎo)體簡(jiǎn)化模型雜質(zhì)半導(dǎo)體簡(jiǎn)化模型401.2PN結(jié)1.2.1PN結(jié)的形成1.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.2.3PN結(jié)的電容效應(yīng)1.2PN結(jié)1.2.1PN結(jié)的形成1.2.2P411.2.1

PN結(jié)的形成

在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過(guò)程:

因濃度差

多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散1.2.1PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體42

最后多子擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱(chēng)為

PN結(jié),在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱(chēng)耗盡層。

圖01.06PN結(jié)的形成過(guò)程

（動(dòng)畫(huà)1-3）

PN結(jié)形成的過(guò)程可參閱圖01.06。最后多子擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。對(duì)于431.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

如果外加電壓使PN結(jié)中：P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱(chēng)為加正向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)正偏；

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。

P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱(chēng)為加反向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)反偏。

1.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦匀绻饧与妷菏筆N結(jié)中44

(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響,PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖01.07（動(dòng)畫(huà)1-4）圖01.07PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況外加的正向電45

(2)PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，由于漂移電流本身就很小，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。

在一定溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱(chēng)為反向飽和電流。PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖01.08所示。圖01.08PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況(2)PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況46

PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

（動(dòng)畫(huà)1-5）