《模拟集成电路基础》PPT课件

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P
N
V
PN结的接触电位
(二)PN结的接触电位：
(1).内电场的建立，使PN结 中产生电位差。从而形成接 触电位V(又称为位垒)。
(2).接触电位 V决定于材 料及掺杂浓度：
硅： V=0.7 锗： V=0.2 (3).其电位差用 表示
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（三）PN结的单向导电性
U
I
P
N
扩散
Q(V-U)
1.PN结加正向电压时：
第四节 二极管的应用
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第一节 半导体基础知识
一1.、什半么导是体导的体特、性绝：缘体导、电半导率量导电1级0体率-2，2：为-如110：0-154s金.sc.、mc-m1-1
(1).导体：导电性能良好导量的电级物率，质为银如。1、：0-铜橡9-、胶10铝、2 s。云.c母m-、1 (2).绝缘体：几乎不导电量砷塑的级化料物，镓等质如等。。：。硅、锗、 (3).半导体：导电能力介于导体和半导体之间。
生载流子的扩散运用动下的定结向果移产动生称空
间电荷区耗尽层为（漂多移子运运动动）。
空穴 P
(2).空间电荷区产生建立了内电场 产生载流子定向运动（漂移运动）
N
•当扩散运动↑内电场↑漂移运
动↑扩散运动↓动态平衡。
(3).扩散运动产生扩散电流；漂移运动 产生漂移电流。
•动态平衡时：扩散电流=漂移电流。 PN结内总电流=0。 PN结的宽度一定 。
1.电子空穴对： 电子和空穴是成对产生的.
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两种载流子——电子和空穴
外电场E 的方向
电子流
2.自由电子——载流子：
自由电子
• 在外电场作用下形成电子流（在 导带内运动），
• 方向与电场方向相反。
E
3.空穴——载流子：
导带 •在外电场作用下形成空穴流（在价 禁带 带内运动），
价带 •方向与电场方向相同
2.半导体的特性：
(1).掺杂特性。(掺入杂质则导电率激增) (2).热敏特性。(温增则导电率显增)
(3).光敏特性。(光照可增加导电率、产生电动势)
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二、本征半导体：
(一)硅和锗晶体的共价健结构 1.硅和锗均为4价元素。 2.晶体中晶格决定原子间按一
定规律排列得紧密。（四面 体结构） 3.外层电子成为共价键。
3.在N型半导体中： 自由电子——为多数载流子 空穴——为少数载流子
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杂质半导体
（二）P型半导体
1.在四价元素中掺入三价元素铟： •三价元素与周围四个原子形成共价 健，因缺少一个电子形成“空穴”。
2.铟原子在电场作用下接受一个 电子——受主杂质（负离子）
3.在P型半导体中： 空穴——为多数载流子 自由电子——为少数载流子
( 内电场)与U方向相反
(1).U↑q(V-U)位垒高度↓ 耗尽层变薄扩散运动
(多子)↑ 扩散电流↑
(2).位垒高度↓ 漂移运动 （少子）↓ 漂移电流↓
(3).正向电流决定于扩散电流。
漂移
此时PN结导通。
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U
P
N
扩散
Q(V+U)
漂移
2.PN结加反向电压时：
( 内电场)与U方向相同
I (1).U↑q(V-U)位垒高度↑
•本征半导体：完全纯净、 结构完整的半导体晶体。
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（二）两种载流子——电子和空穴
导带
自由电子
禁带Eg
价带 价电子
空穴
载流子的能带图
T=0K 时:
•价电子被束缚在价带内，晶体 中无自由电子.
T=300K 时:
• 少数载流子获得能量,从价带导 带——自由电子，(本正激发)
•在原位置留下空位——空穴。
• R(载流子的复合率)：每秒复合的载流子的 浓度。
• 当g=R时：
R=rnipi
(1-2)
• 其中r是和材料有关的系数
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三、杂质半导体 （一）N型半导体
1.在四价元素中掺入五价元 素砷，五价元素与周围四个 原子形成共价健，余下一个 电子成为自由电子。
2.砷原子贡献一个电子（在电场 作用下成为自由电子） ——施主杂质（正离子）
(1-1)
•载流子A0的—与浓材度料主有要关取的决常于数。温度；
EG—禁带宽度。
•温度增T—加绝使对导温电度能。力激增。
K—玻尔兹曼常数。
• ni •与且温温度度T可和禁人带为宽控度制EG有。关。
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(四)载流子的产生与复合
• ni（电子浓度）：是动态平衡值。
• g(载流子的产生率):每秒成对产生的电子空 穴的浓度。
大规模（几十平方毫米的片子上，可集成上百万个元件） 5.电子技术学科可划分为两类： (1).模拟电子技术：可细分为高频、低频，主要研究对模拟信
号的处理。 (2).数字电子技术：研究逻辑电路，对数字信号进行处理。
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第一章 晶体二极管及其应用
第一节 半导体的基础知识
第二节 PN结与晶体二极管 第三节 光电二极管和发光二极光
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结论
•半导体的热敏性；
•半导体的掺杂特性； 是可人为控制的。 •半导体的光敏性特性；
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第二节
PN
结与晶体二极管 载流子要从浓度大
一.PN结的基本原理： 区域向浓度小的区域
P
N自由电子（一）.PN结的形成： 扩散,称载流子的扩散 (1).两种半导体结合把的后载运，流动由子于在浓电场度作差产
制作：
路 勇(第一、二、三、四、七章)
李金平（第八章）
祁 英（第六章）
张玉慧（第五章）
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1999年12月 1
绪论 第一章 第二章 第三章
第四章
第五章
第七章
第六章
第八章
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绪论
•电子技术与日常生活息息相关、其发展随器件的发展经历了 以下几个阶段：
1.1904年发明了真空二极管—— 第一代电子器件诞生。 2.1948年研制出晶体三极管—— 第二代电子器件出现。 3.50年代末研制出集成电路—— 第三代电子器件出现。 4.近几十年来集成电路发展成小规模、中规模、大规模及超
空穴流
空穴
载流子的能带图
4.漂移运动： 载流子在电场作用下的定向运动。
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（三）载流子的浓度 本征半导体
中电子的浓度
n(电子浓度):表示单位体积的自由电子数。（ni）
本征半导体 p(空穴浓度):表示单位体积的空穴数。 (pi) 中空穴的浓度
• 当n材i=料A0一T3/定2e时- E：G /2kT
耗尽层变薄扩散运动
(多子) ↓ 扩散电流↓
(2).位垒高度↑ 漂移运动 （少子） ↑ 漂移电流↑
(3).反向电流决定于漂移电流 此时PN结截止。
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二.PN结的电流方程：
•由半导体物理可推出： IIs(eU/UT 1)
Is 饱和电流; UT=kT/q 为温度电压当量。 k 波尔兹曼常数； (T=300k;时 UT=26mv)