模拟电子技术第二章学习课件
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理称过耗程尽: 层。
• 因浓度差
•
•多子的扩散运动•由杂质离子形成空间电荷区
•
•空间电荷区形成内电场
•
• 内电场促使少子漂移
•
• 2.2.2 PN结的单向导电性
• 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为 加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。 •(1) PN结加正向电压时
模拟电子技术第二章学 习课件
202ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ年5月31日星期日
•2 半导体二极管及其 基本电路
•2.1 半导体的基本知识 •2.2 PN结的形成及特性 •2.3 半导体二极管 •2.4 二极管基本电路及其分析方法 •2.5 特殊二极管
•
•2.1 半导体的基本知识 • 2.1.1 半导体材料 • 2.1.2 半导体的共价键结构 • 2.1.3 本征半导体 • 2.1.4 杂质半导体
• N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷） 的半导体。 • P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼） 的半导体。
•
• 1. N型半导体
• 因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而 多余的一个价电子因无 共价键束缚而很容易形 成自由电子。
• 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原 子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
•一、本征半导体的结构特点
•现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们 的最外层电子（价电子）都是四个。
•G
•Si
e
•通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
•
•本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 • 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成 晶体点阵，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，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
•
• 2.1.3 本征半导 体
•本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构 •上呈单晶体形态。 •空穴——共价键中的空位。 •电子空穴对——由热激发而 产生的自由电子和空穴对。
•空穴的移动——空穴的运动 是靠相邻共价键中的价电子 依次填充空穴来实现的。
•
•空穴的移动
•
•本征半导体中电流由两部分组成： • 1. 自由电子移动产生的电流。 • 2. 空穴移动产生的电流。
•
• 2.1.1 半导体材料
• 一、物体的导电特性 • 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分 导体、绝缘体和半导体。 •半导体：介于导体与绝缘体之间，如： •典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等 。
•
二、半导体的特点
1、光敏性和热敏性: • 2、掺杂性：
•
•2.1.3 本征半导体
•本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
•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。
•
• 2.1.4 杂质半导 • 在本征半体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。
•图2.2.1 PN结的形成
•
•P
•N
区
区
•扩散运动=漂移运动时 •达到动态平衡
•内电场阻碍多子向对方的扩散 •即阻碍扩散运动 •同时促进少子向对方漂移 •即促进了漂移运动
•扩散运动
•载流子从浓度大向浓度小 •的区域扩散,称扩散运动 •形成的电流成为扩散电流
•内电场 •3
•
• • 在一对块于本P型征半半导导体体和在N两型侧半通导过体扩结散合不面同，的离杂 质子,分薄别层形形成成N的型空半间导电体荷和区P型称半为导PN体结。。此时将在 N型• 半导在体空和间P电型荷半区导，体由的于结缺合少面多上子形，成所如以下也物
•
•空穴
•+4 •+4
•+4
•+4
•自由电子 •束缚电子
•
•2.本征半导体的导电机理
•本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即 自由电子和空穴。
•+4 •+4
•+4
•+4
•在其它力的作用下 ，空穴吸引附近的电 子来填补，这样的结 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 此可以认为空穴是载 流子。
•
• 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
•
•2.2 PN 结的形成及特性 • 2.2.1 PN结的形成 • 2.2.2 PN结的单向导电性 • 2.2.3 PN结的反向击穿
•
• 2.2.1 PN结的形成
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
•PN结的伏安特性
•
•（1）PN 结正向偏置
•+ •P
•I
•变窄
•－ •+ •－ •+ •－ •+
•内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
•硅和锗的晶 体结构：
•
•硅和锗的共价键结构
•+4表示 除去价电 子后的原
子
•+4 •+4
•+4
•+4
•共价键共 •用电子对
•
•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
•共价键有很强的结合力，使原子 规则排列，形成晶体。
•共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以 本征半导体的导电能力很弱。
•
•二、本征半导体的导电机理 •1.载流子、自由电子和空穴
• 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。
• 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。这 种现象称为本征激发。
• 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。
•
• 2. P型半导体
• 因三价杂质原 子在与硅原子形成共 价键时，缺少一个价 电子而在共价键中留 下一个空穴。
• 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。
• 因浓度差
•
•多子的扩散运动•由杂质离子形成空间电荷区
•
•空间电荷区形成内电场
•
• 内电场促使少子漂移
•
• 2.2.2 PN结的单向导电性
• 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为 加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。 •(1) PN结加正向电压时
模拟电子技术第二章学 习课件
202ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ年5月31日星期日
•2 半导体二极管及其 基本电路
•2.1 半导体的基本知识 •2.2 PN结的形成及特性 •2.3 半导体二极管 •2.4 二极管基本电路及其分析方法 •2.5 特殊二极管
•
•2.1 半导体的基本知识 • 2.1.1 半导体材料 • 2.1.2 半导体的共价键结构 • 2.1.3 本征半导体 • 2.1.4 杂质半导体
• N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷） 的半导体。 • P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼） 的半导体。
•
• 1. N型半导体
• 因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而 多余的一个价电子因无 共价键束缚而很容易形 成自由电子。
• 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原 子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
•一、本征半导体的结构特点
•现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们 的最外层电子（价电子）都是四个。
•G
•Si
e
•通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
•
•本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 • 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成 晶体点阵，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，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
•
• 2.1.3 本征半导 体
•本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构 •上呈单晶体形态。 •空穴——共价键中的空位。 •电子空穴对——由热激发而 产生的自由电子和空穴对。
•空穴的移动——空穴的运动 是靠相邻共价键中的价电子 依次填充空穴来实现的。
•
•空穴的移动
•
•本征半导体中电流由两部分组成： • 1. 自由电子移动产生的电流。 • 2. 空穴移动产生的电流。
•
• 2.1.1 半导体材料
• 一、物体的导电特性 • 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分 导体、绝缘体和半导体。 •半导体：介于导体与绝缘体之间，如： •典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等 。
•
二、半导体的特点
1、光敏性和热敏性: • 2、掺杂性：
•
•2.1.3 本征半导体
•本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
•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。
•
• 2.1.4 杂质半导 • 在本征半体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。
•图2.2.1 PN结的形成
•
•P
•N
区
区
•扩散运动=漂移运动时 •达到动态平衡
•内电场阻碍多子向对方的扩散 •即阻碍扩散运动 •同时促进少子向对方漂移 •即促进了漂移运动
•扩散运动
•载流子从浓度大向浓度小 •的区域扩散,称扩散运动 •形成的电流成为扩散电流
•内电场 •3
•
• • 在一对块于本P型征半半导导体体和在N两型侧半通导过体扩结散合不面同，的离杂 质子,分薄别层形形成成N的型空半间导电体荷和区P型称半为导PN体结。。此时将在 N型• 半导在体空和间P电型荷半区导，体由的于结缺合少面多上子形，成所如以下也物
•
•空穴
•+4 •+4
•+4
•+4
•自由电子 •束缚电子
•
•2.本征半导体的导电机理
•本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即 自由电子和空穴。
•+4 •+4
•+4
•+4
•在其它力的作用下 ，空穴吸引附近的电 子来填补，这样的结 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 此可以认为空穴是载 流子。
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• 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
•
•2.2 PN 结的形成及特性 • 2.2.1 PN结的形成 • 2.2.2 PN结的单向导电性 • 2.2.3 PN结的反向击穿
•
• 2.2.1 PN结的形成
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
•PN结的伏安特性
•
•（1）PN 结正向偏置
•+ •P
•I
•变窄
•－ •+ •－ •+ •－ •+
•内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
•硅和锗的晶 体结构：
•
•硅和锗的共价键结构
•+4表示 除去价电 子后的原
子
•+4 •+4
•+4
•+4
•共价键共 •用电子对
•
•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
•共价键有很强的结合力，使原子 规则排列，形成晶体。
•共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以 本征半导体的导电能力很弱。
•
•二、本征半导体的导电机理 •1.载流子、自由电子和空穴
• 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。
• 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。这 种现象称为本征激发。
• 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。
•
• 2. P型半导体
• 因三价杂质原 子在与硅原子形成共 价键时，缺少一个价 电子而在共价键中留 下一个空穴。
• 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。