模电(第1章--常用半导体器件)PPT优秀课件

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。
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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。
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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。
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1.1.2 杂质半导体
一、N型半导体
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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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。
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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9、PN结的正向偏置（简称正偏）和反向偏置（简 称反偏）。
强。 13
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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。
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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。
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
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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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。
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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。
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
即i随u按指数规律变化。
2、PN结反偏，且 │u│＞＞UT时，i≈-IS。
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。
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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。
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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：
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1、半导体材料的原子结构。
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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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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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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漂移运动
P型半导体 内电场 N型半导体
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
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。
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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