北京大学模电课件.pdf

HomeHome BackBack NextNext 1 1 . 1 半导体的基本知识 1 . 6 * 集成电路中的元件 1 . 2 半导体二极管 1 . 5 * 单结晶体管和晶闸管简介****题 1 . 3 双极性晶体管 1 . 4 场效应管 HomeHome BackBack NextNext 2 教学目的: :二极管的单向导电性, PN 结的形成。 ( V - A特性曲线及方程)。 。 。教学重点: 二极管和稳压管的外特性( V - A特性曲线及方程) ; 二极管和稳压管的主要参数。教学难点: 二极管和稳压管的模型。教学方法:课堂讲授教学手段:多媒体教学课外作业: P67—69 :— ,P69—70 :, — 学时分配: 8 学时教学内容:参考多媒体教学讲义自学内容: HomeHome BackBack NextNext 3 半导体器件是现代电子电路的重要组成部分。本章主要内容: ?半导体的基础知识; ?半导体的核心环节— P N 结; ?半导体二极管; ?双极性晶体管( B J T ) ; ?场效应管( F E T ) ; ?二极管基本电路和分析方法; ?晶闸管和集成电路中的元件; ( * ) 内容简介 HomeHome BackBack NextNext 4 1. 半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同,来划分导体、绝缘体和半导体。导体: ρ<10 - 4 Ω·cm 绝缘体: ρ>10 9 Ω·cm 半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间。 2. 半导体的晶体结构典型的元素半导体有硅Si 和锗 Ge ,此外,还有化合物半导体***化镓 GaAs 等。 1 HomeHome BackBack NextNext 5 硅和锗的晶体结构半导体的导电性能是由其原子结构决定的,就元素半导体硅和锗而言,其原子序数分别为 Si- 14和 Ge- 32,但它们有一个共同的特点:即原子最外层的电子(价电子)数均为4,其原子结构和晶体结构如所示。 HomeHome BackBack NextNext 6 3. 本征半导体本征半导体:化学成分纯净、结构完整的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。图 本征半导体 共价键共用电子对+4 +4 +4 +4 +4表示除去价电子后的原子称为慣性核 HomeHome BackBack NextNext 7 +4 +4 +4 +4 自由电子空穴束缚电子本征激发( 热激发) :受温度、光照等环境因素的影响,半导体共价键中的价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚,成为自由电子的现象,称之为本征激发(热激发)。图 本征半导体中的电子空穴对 HomeHome BackBack NextNext 8 电子空穴对:由本征激发(热激发)而产生的自由电子和空穴总是成对出现的,称为电子空穴对。所以,在本征半导体中: n i = p i ( n i -自由电子的浓度; p i-空穴的浓度)。空穴:共价键中的空位。)( )2/( 2/3 1 kTE ii GO eTKpn ?== K 1 —常数,硅为 ×10 -6 K -3/2 /cm 3 ,锗为 × 10 -6 K -3/2 /cm 3 ; T —热力学温度; E GO —禁带宽度,硅为 ,锗为 ; k —波耳兹曼常数, × 10 -5 eV/K 。( e—单位电荷, eV=J ) HomeHome BackBack NextNext 9 载流子:能够参与导电的带电粒子。半导体中载流子的移动: 半导体中的自由电子可以自由移动,去填补空穴,产生空穴的相对移动, 这样,空穴可以看成是一个带正电的粒子,和自由电子一样,可以在晶体中自由移动; 在外加电场下,形成定向运动,从而产生电流。所以, 在半导体中具有两种载流子:自由电子和空穴。( 1 )两种载流子的产生与复合,在一定温度下达到动态平衡,则 n i = p i 的值一定; ( 2 ) n i 与 p i 的值与温度有关,对于硅材料,大约温度每升高 8 o C , n i 或 pi 增加一倍;对于锗材料,大约温度每升高 12 o C , n i 或 pi 增加一倍。 HomeHome BackBack NextNext 10 4. 杂质半导体杂质半导体:在本征半导体中参入微量的杂质形成的半导体。根据参杂元素的性质,杂质半导体分为P型(空穴型)半导体和N型(电子型)半导体。由于参杂的影响,会使半导体的导电性能发生显著