集成电子技术基础教程

VO
I O2
I O1
I B2
I B1
I O2
I O1 VO
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电流控制电流源、电压控制电流源
集成电子技术基础教程 —— 电子器件基础
1.2.1 半导体材料与PN结
电子技术发展到今天这样的水平，首先要归功于半导体材料的 发现和半导体器件制造工艺的不断完善。 无论是制造单个半导体器件，还是制造大规模集成电路，都需 要用半导体材料作为芯片，并且都以PN结作为器件的核心。
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电子器件的基本电气特性
电压特性
伏安特性（V-I）
电流特性
速度特性
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1.1.1 常用电路元件的伏安特性
开关的V-I特性 V I R I 0 0
安全工作区： 过压/过流/过热
R V 1 I tan
外加反向电压
外电场与内电场方向相同； 多子扩散运动大大减少， 少子漂移运动占优；
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载流子的定向运动
漂移运动
外电场作用下的定向运动；
空穴顺电场方向运动， 电子逆电场方向运动；
扩散运动
半导体内部载流子浓度差 引起的定向运动；
载流子由浓度高的区域向 浓度低的区域扩散。
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三、PN结
两种不同类型的杂质半导体组合， 则在交界面附近形成空间电荷层， 称为PN结。
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第一篇 电子器件基础
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本篇目的 与《电路原理》课程接轨 首先从常用电路元件（如开关、电阻、电源等）的伏 安特性开始，逐步引入电子器件的伏安特性，从理想 的元器件到实际的实物器件。 然后用《电路原理》课程中学到的分析、处理、计算 电路的方法具体应用到电子电路上来。
P I 2R
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线性电阻的V-I特性 V I R
安全工作区： 过压/过流/过热 指标特性：
线性性/T特性
P I 2R
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电压/流源的V-I特性
V0 Vs I 0 Rs
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二、半导体分类
本征半导体 （不含任何杂质的半导体）
原子结构图
简化模型
价电子
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共价键、价电子
热力学温度零度和 无外界能量激发的条件下： 本征半导体 = 绝缘体 热（本征）激发： 电子、空穴对 载流子 复合 空穴和电子浓度
P型半导体
掺3价元素（硼、镓等）
多子（受主原子）：空穴
少（数载流子）子：电子
杂质半导体特性
少子浓度取决于本征激发/复合；多子浓度取决于掺杂。 导电能力由多子浓度决定。 两 种 载 流 子 的 浓 度 之 积 为 常 数 ， 与 掺 杂 程 度 无 关 。 （说明在半导体中，掺入杂质越多，少子越少。）
所以，电子技术是电路原理课程的延伸，它必定用电路 原理课程中的概念，手段和方法来处理电子电路中的一切问题。
只要把电子技术中的一些特殊性掌握好，学习电子技术 课程就迎刃而解了。
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电子技术

发展简述 分类方式
模拟信号 数字信号

发展趋势
课程内容


电子技术方面的专业基础课程；
电压/流源的V-I特性
I O I S VO / RS
**所有源都有一定的内阻（能量有限）**
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受控电流源
Io IS
Io I s f (I B )
பைடு நூலகம்
I o I s f (VG )
I B3 I O3

I O3
VG 3 VG 2
VG1 VO
主要研究半导体器件及其电路的性能、分析方法和应用； 第一篇、第二篇；


学习特点及要求：注重理论的规律性及分析方法、 注重实践动手能力。 成绩评定、参考文献。
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1.1.0 概述
基本电子器件
无源器件：
电阻/电容/电感
分立（DISCRETE）半导体器件 二极管/三极管/场效应管
ni (T ) pi (T ) AT 3 / 2e EG / 2 kT cm3
温度特性
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杂质半导体（掺入杂质的半导体）
N型半导体
掺5价元素（磷、砷等） 多子（施主原子）：电子 少（数载流子）子：空穴
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一、半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间的物质； 导电能力可变（受温度、掺杂浓度、光照等影响）； 自然界中的半导体材料： 硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。 1.75106 / cm 导体 绝缘体 半导体
1012 ~ 1016 / cm 1.75106 / cm 1012 / cm
不对称PN结
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PN结的单向导电性 外加正向电压
外电场与内电场方向相反； 多子扩散运动增强， 少子漂移运动可忽略；
PN结变窄，内电场下降； 正向电流 ≈ 扩散电流；
对外呈现低阻； 外电流的外控作用强，温控作用弱。
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PN结形成的前提
PN结形成的步骤
N区和P区存在着多数载流子的浓度差， 产生扩散运动； 形成了空间电荷层和内电场； 内电场阻碍多子的扩散运动， 有利于少子的漂移运动； 扩散运动、漂移运动达到动态平衡。
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PN结的其它名词定义
空间电荷层（正负离子）
阻挡层（多子） 耗尽层（载流子） 势垒区（势能）
掌握电子电路的特殊情况 如一个非理想的器件是有电参数要求的（温度，电流、 电压、功率容量，特性的非线性，使用频率高低、误 差大小等等）。
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电路： 是由若干电气元件相互连接构成的电流通路。 功能： 是处理电能与电信号（转换、传输、产生、存储）的。 电子电路： 局限于由电子元器件连接成的电路，功能实现电信号的 处理（放大、转换、传输、产生、存储）。