电子技术基础全套课件

1.1.2 杂质半导体 一、N型半导体
纯净硅晶体中掺入 五价元素（如磷），使 之取代晶格中硅原子的 位臵。杂质原子提供电 子，所以称之为施主原 子。自由电子为多数载 流子，空穴为少数载流 子，简称多子和少子。
图1.1.3
二、P型半导体
纯净硅晶体中掺入 三价元素（如硼），使 之取代晶格中硅原子的 位臵。杂质原子提供空 穴，所以称之为受主原 子。空穴为多数载流子， 自由电子为少数载流子， 简称多子和少子。
1.2.4 二极管的等效电路 二极管是非线性器件，在一定条件下用线性元件构成 的电路来近似模拟二极管的特性，并取代二极管，称 为等效电路或等效模型。 一、伏安特性折线化等效电路
图1百度文库2.4 折线化等效电路
（a）理想二极管；（b）正向导通时端电压为常量； （c）正向导通时端电压与电流成线性关系
图（a）表明二极管导通时正向压降为零，截止时 反向电流为零，称为“理想二极管”。 图（b）表明二极管导通时正向压降为一个常量Uon ， 截止时反向电流为零，等效电路为理想二极管串联 电压源Uon。 图（c）表明当二极管正向电压大于Uon后其电流i和 电压u成线性关系，直线斜率为1/rD。二极管截止时 反向电流为零。等效电路为理想二极管串联电压源 Uon和电阻rD，且rD=△U/△I。 二、二极管的微变等效电路 二极管外加直流正向偏臵电压时的静态工作点Q，若 在Q点基础上外加微小的变化量，则可以用以Q点为 切点的切线来近似微小变化时的曲线。如图1.2.7（a） 所示。
;
将式中的kT/q用UT取代，则得
四、PN结的伏安特性
u＞0,称为正向特性； u＜0,称为反向特性； 当反向电压大于U(BR) 后，反向电流急剧增加，称 为反向击穿。 在高掺杂情况下，耗尽 层很窄，不大的反向电压可 在 耗尽层产生很大的电场， 直接破坏共价键，产生电子图1.1.10 空穴对，称为齐纳击穿；如果掺杂浓度较低，当 反向电压较大时，耗尽层的电场使少子加快漂移 速度，把价电子撞出共价键，产生电子-空穴对， 又撞出价电子，称为雪崩击穿。在击穿时，若不 限制电流，则会造成永久性损坏。
见图1.1.12所示。
图1.1.12
PN结的结电容Cj是势垒电容Cb和扩散电容Cd 之和，即 Cj=Cb+Cd
1.2 半导体二极管
图1.2.1 1.2.1 半导体二极管的常见结构
(a)是点接触型； (b)是面接触型； (c)是平面型； (d)是二极管的符号。 图1.2.2
1.2.2 二极管的伏安特性 一、二极管和PN结伏安特性的区别 由于存在半导体体电阻和引线电阻，在电流 相同的情况下，二极管的端电压比PN结上的压降 大。如图1.2.3所示。使二极管开始导通的临界电 压称为开启电压Uon。
图1.1.6
2、外加反向电压时PN 处于截止状态 PN结处于反向偏臵状 态。外电场使空间电荷区 变宽，加强了内电场，阻 止扩散运动的进行，加剧 漂移运动的进行，形成反 向电流，也称为漂移电流。 因为少子的数目极少，即 使都参与漂移，反向电流 也非常小，认为PN结处于 截止状态。 图1.1.7
三、PN结的电流方程 IS:反向饱和电流； q：电子的电量； k：玻尔兹曼常数； T：热力学温度。
图1.1.4
1.1.3 PN结 一、 PN结的形成 浓度差—扩散运动 复 合—空间电荷区 内电场—漂移运动 多子扩散=少子漂移 达到动态平衡，形成 PN结。 在空间电荷区内自 由电子和空穴都很少， 所以称为耗尽层。
图1.1.5
二、PN结的单向导电性
1、外加正向电压时PN结处于导通状态 PN结处于正向偏臵。外 电场将多数载流子推向空间 电荷区，使其变窄，削弱了 内电场，破坏了原来的平衡， 使扩散运动加剧，漂移运动 减弱。由于电源的作用，扩 散运动将源源不断地进行， 从而形成正向电流，PN结导 通。因为PN结正向导通电压 只有零点几伏，所以在回路 中串联电阻以限制电流。
五、PN结的电容效应 1、势垒电容 耗尽层的宽窄随外加电压的变化而变化，这相 当于电容的充、放电，其所等效的电容称为势垒电 容Cb。见图1.1.11所示。
图1.1.11
2、扩散电容 PN结处于平衡状态时的少子称为平衡少子。 PN结处于正向偏臵时，从P区扩散到N区的空穴 和从N区扩散到P区的自由电子均称为非平衡少子。 当外加正向电压一定时，靠近耗尽层交界面的地方 非平衡少子的浓度高，而远离交界面地方的非平衡 少子的浓度低。且浓度自高到低逐渐衰减，直到零， 形成一定的浓度梯度（浓度差），从而形成扩散电 流。当外加正向电压增大时，非平衡少子的浓度增 大且浓度梯度也增大，从外部看正向（扩散）电流 增大。当外加正向电压减小时，与上述变化情况相 反。 扩散区内，电荷的积累和释放过程与电容的充 放电过程相同，这种电容效应称为扩散电容Cd。
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体器件基础
1.1.1 本征半导体 一、半导体 导体 绝缘体 半导体：硅（Si） 锗（Ge） 二、本征半导体 的晶体结构 图1.1.1
三、本征半导体中的两种载流子
载流子： 自由电子 空穴
图1.1.2
四、本征半导体中载流子的浓度 本征激发、复合、动态平衡
ni、pi:自由电子与空穴浓度（ ）； T：热力学温度； k：玻尔兹曼常数（ ）； EGO:热力学零度时破坏共价键所需的能量； K1：与半导体材料载流子有效质量、有效能 级密度有关的常量。 在常温下，即T=300K时，硅材料的本 征载流子浓度 锗材料的本征载流子浓度
图1.2.3
二、温度对二极管特性的影响 如图1.2.3虚线所示，在温度升高时，二极管的正向 特性曲线将左移，在室温附近，温度每升高1 ， 正向压降减小2～2.5mV;温度每升高10 ,反向电流 c 约增大一倍。
o
1.2.3 二极管的主要参数 1、最大整流电流IF：二极管长期运行时允许通过 的最大正向平均电流。 2、最高反向工作电压UR：二极管工作时允许外加 的最大反向电压。 3、反向电流IR：二极管未击穿时的反向电流。 4、最高工作频率fM：二极管工作的上限频率。