《模拟电子技术》课程教学资源（课件讲稿）第2章 半导体器件基础

1/132课程章节第1章 绪论第2章半导体器件基础第3章双极型模拟集成电路的基本单元电路第4章MOS模拟集成电路的基本单元电路第5章负反馈放大电路第6章集成运算放大器的分析与应用第7章直流电源电路

1/132 第1章 绪论 第2章 半导体器件基础 第3章 双极型模拟集成电路的基本单元电路 第4章 MOS模拟集成电路的基本单元电路 第5章 负反馈放大电路 第6章 集成运算放大器的分析与应用 第7章 直流电源电路 课程章节

2/132主讲：刘颖第二章半导体器件基础问题：1.为什么用半导体材料制作电子器件？2.PN结上所加的电压和电流符合欧姆定律吗？3.常用电子器件主要有哪些？4.各种器件有何功能？5.晶体管和场效应管为什么可以用于放大信号？

2/132 问题： 1.为什么用半导体材料制作电子器件？ 2.PN结上所加的电压和电流符合欧姆定律吗？ 3.常用电子器件主要有哪些？ 4. 各种器件有何功能？ 5.晶体管和场效应管为什么可以用于放大信号？ 主讲:刘颖 第二章 半导体器件基础

3/132第二章半导体器件基础2.1 半导体基础知识2.2 PN结2.3半导体二极管（二极管2.4双极型晶体管（三极管2.5场效应晶体管（场效应管

3/132 第二章 半导体器件基础 2.1 半导体基础知识 2.2 PN结 2.3 半导体二极管（二极管） 2.4 双极型晶体管（三极管） 2.5 场效应晶体管（场效应管）

4/1322.1半导体基础知识半导体的特性i i本征半导体及半导体的能带杂质半导体家

4/132 2.1 半导体基础知识 一、半导体的特性 二、本征半导体及半导体的能带 三、杂质半导体

5/132半导体特性什么是半导体？导电率为105s.cm-l，量级，如金属。（S:西门子)导体：导电率为10-22～10-14 s.cm-1量级，如：橡胶、云绝缘体：母、塑料等。半导体：寻电能力介于导体和绝缘体之间。如：硅、锗、砷光敏器件化镓等。光电器件半导体特性半导体器件掺杂特性入杂质则导电率增加几百倍一热敏器件温度特性温度增加使导电率大为增加光照特性光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势

5/132 一、半导体特性  什么是半导体？ 导 体: 导电率为105s.cm-1，量级，如金属。（S:西门子) 绝缘体: 导电率为10-22～10-14 s.cm-1量级，如：橡胶、云 母、塑料等。 导电能力介于导体和绝缘体之间。如：硅、锗、砷 化镓等。 半导体:  半导体特性 掺杂特性 掺入杂质则导电率增加几百倍 半导体器件 温度特性 温度增加使导电率大为增加 热敏器件 光照特性 光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势 光敏器件 光电器件

本征半导体及半导体的能带二完全纯净、结构完整的半导体晶体。本征半导体纯度：99.9999999%，“九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。在晶体中，质点的排列有一定的规律晶体特征常用的本征半导体价电子注意：为了方便正离子原子结构常用二维硅（锗）白的原子结构描述，实际上结构简化模型是三维结构

6/132 二、本征半导体及半导体的能带 本征半导体 完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度：99.9999999%，“九个9” 它在物理结构上呈单晶体形态。 常用的本征半导体 +4 晶体特征 在晶体中，质点的排列有一定的规律。 硅（锗）的原子 结构简化模型 价电子 正离子 注意：为了方便， 原子结构常用二维 结构描述，实际上 是三维结构

(续）本征半导体及半导体的能带二、本征半导体的原子结构和共价键自由电子定向移动形成电子流共价键内的电子称为束缚电子外电场E导带T禁带EG1价带+4挣脱原子核束缚的电子束缚电子填补空穴的称为自由电子定向移动形成空穴流价带中留下的空位称为空穴锗昌导体能带结构示意图

7/132 锗晶体的共价键结构示意图 价带中留下的空位称为空穴半导体能带结构示意图 导带 自由电子定向移动 形成电子流  本征半导体的原子结构和共价键 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 共价键内的电子 称为束缚电子 价带 禁带EG 外电场E 束缚电子填补空穴的 定向移动形成空穴流 二、本征半导体及半导体的能带（续） 挣脱原子核束缚的电子 称为自由电子

(续)本征半导体及半导体的能带二、载流子概念：运载电荷的粒子。自由电子和空穴1.本征半导体中有两种载流子一它们是成对出现的2.在外电场的作用下，产生电流一电子流和空穴流自由电子作定向运动形成的电子流方向与外电场方向相反自由电子始终在导带内运动价电子递补空穴形成的空穴流方向与外电场方向相同始终在价带内运动3.注意：本征半导体在热力学零度（0K）和没有外界能量激发下，晶体内无自由电子，不导电

8/132 1. 本征半导体中有两种载流子— 自由电子和空穴 它们是成对出现的 2. 在外电场的作用下，产生电流 — 电子流和空穴流 电子流 自由电子作定向运动形成的 方向与外电场方向相反 自由电子始终在导带内运动 空穴流 价电子递补空穴形成的 方向与外电场方向相同 始终在价带内运动 二、本征半导体及半导体的能带（续） 3. 注意：本征半导体在热力学零度（0K）和没有外界能量激 发下，晶体内无自由电子，不导电。 载流子概念：运载电荷的粒子

（续）本征半导体及半导体的能带二、本征半导体的载流子的浓度电子浓度n：表示单位体积内的自由电子数空穴浓度p:：表示单位体积内的空穴数3n, = P; = A,T2e-Eco/2kTA。一 与材料有关的常数EGo一禁带宽度T绝对温度k玻尔曼常数结论1.本征半导体中电子浓度n；=空穴浓度p;2.载流子的浓度与T、Eco有关

9/132  本征半导体的载流子的浓度 电子浓度 ni :表示单位体积内的自由电子数 空穴浓度 pi :表示单位体积内的空穴数。 G0 3 /2k 2 i i o E T n p A T e   A0 — 与材料有关的常数 EG0 — 禁带宽度 T — 绝对温度 k — 玻尔曼常数 结论 1. 本征半导体中 电子浓度ni = 空穴浓度pi 2. 载流子的浓度与T、EG0有关 二、本征半导体及半导体的能带（续）

(续）本征半导体及半导体的能带二·载流子的产生与复合载流子的产生率g即每秒成对产生的电子空穴的浓度。载流子的复合率R-即每秒成对复合的电子空穴的浓度。当达到动态平衡时g=RR = r nipi其中r复合系数，与材料有关

10/132  载流子的产生与复合 g——载流子的产生率 即每秒成对产生的电子空穴的浓度。 R——载流子的复合率 即每秒成对复合的电子空穴的浓度。 当达到动态平衡时 g=R R = r nipi 其中r—复合系数，与材料有关。 二、本征半导体及半导体的能带（续）