《模拟电子电路》课程PPT教学课件：第一章 晶体二极管及其基本电路

第1章晶体二极管及其基本电路 1-1半导体物理基础知迟口 1-2PN结及晶体二极管 1-3晶体二极管及其基本电路

第1章 晶体二极管及其基本电路 1―1 半导体物理基础知识 1―2 PN结及晶体二极管 1―3 晶体二极管及其基本电路

11半导体物理基础知识 本征半导体 原子按一定间隔排列成有规律的空间点阵(称为晶格 由于原子间相距很近,价电子不仅受到自身原子核的 约束,还要受到相邻原子核的吸引,使得每个价电子 为相邻原子所共有,从而形成共价键。这样四个价电 子与相邻的四个原子中的价电子分别组成四对共价键, 依靠共价键使晶体中的原子紧密地结合在一起

1―1 半导体物理基础知识 本征半导体 原子按一定间隔排列成有规律的空间点阵(称为晶格)。 由于原子间相距很近，价电子不仅受到自身原子核的 约束，还要受到相邻原子核的吸引，使得每个价电子 为相邻原子所共有，从而形成共价键。这样四个价电 子与相邻的四个原子中的价电子分别组成四对共价键， 依靠共价键使晶体中的原子紧密地结合在一起

== 价电子 (炽((+ 共价键 图1-2单晶硅和锗的共价键结构示意图

＋ 4 共 价 键 价 电 子 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 图1―2单晶硅和锗的共价键结构示意图

半导体中的载流子一自由电子和空穴 在绝对零度(-273℃)时,所有价电子都被束缚在共 价键内,晶体中没有自由电子,所以半导体不能导 电。当温度升高时,键内电子因热激发而获得能量 其中获得能量较大的一部分价电子,能够挣脱共价 键的束缚离开原子而成为自由电子。与此同时在共 价键内留下了与自由电子数目相同的空位,如图 1-3所示

半导体中的载流子——自由电子和空穴 在绝对零度(-273℃)时，所有价电子都被束缚在共 价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导 电。当温度升高时，键内电子因热激发而获得能量。 其中获得能量较大的一部分价电子，能够挣脱共价 键的束缚离开原子而成为自由电子。与此同时在共 价键内留下了与自由电子数目相同的空位，如图 1―3所示

(+4·+4 冫·由电子 空穴 + + 图1-3本征激发产生电子和空穴

＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 自由电子 空 穴 图1―3本征激发产生电子和空穴

本征激发 在本征半导体中,由于热激发,不断地产生电子 空穴对,使载流子浓度增加 复合 由于正负电荷相吸引,因而,会使电子和空穴在运动 过程中相遇。这时电子填入空位成为价电子,同时释 放出相应的能量,从而消失一对电子、空穴

在本征半导体中，由于热激发，不断地产生电子、 空穴对，使载流子浓度增加。 本征激发 复合 由于正负电荷相吸引，因而，会使电子和空穴在运动 过程中相遇。这时电子填入空位成为价电子，同时释 放出相应的能量，从而消失一对电子、空穴

本征载流子浓度 在一定温度下,当没有其它能量存在时,电 子、空穴对的产生与复合最终会达到—种热平衡 状态,使本征半导体中载流子的浓度一定。理论 分析表明,本征载流子的浓度为 n=pi=Aot/e 2,-EG0/2kT 式中n1,D分别表示电子和空穴的浓度(cm3);T为热力学温 度(K);F为/0K时的禁带宽度(硅为1.21eV,锗为0.78eV);k为 玻尔兹曼常数(8.63×10-6V/);A是与半导体材料有关的常数 (硅为3.87×1016cm3·3/2,锗为1.76×1016cm-3K-3/2)

本征载流子浓度 E kT i i G n p A T e 3/ 2 / 2 0 − 0 = = 式中ni,pi分别表示电子和空穴的浓度(cm–3 )；T为热力学温 度(K)；EG0为T=0K时的禁带宽度(硅为1.21eV,锗为0.78eV)；k为 玻尔兹曼常数(8.63×10–6 V/K)；A0是与半导体材料有关的常数 (硅为3.87×1016cm-3·K -3/2 ，锗为1.76×1016cm-3·K -3/2)。 在一定温度下，当没有其它能量存在时，电 子、空穴对的产生与复合最终会达到一种热平衡 状态，使本征半导体中载流子的浓度一定。理论 分析表明，本征载流子的浓度为

杂质半导体 在本征半导体中,有选择地掺入 量其它元素,会使其导电性能发生显著 变化。这些少量元素统称为杂质。掺入 杂质的半导体称为杂质半导体。根据掺 入的杂质不同,有N型半导体和P型半导 体两种

杂质半导体 在本征半导体中，有选择地掺入少 量其它元素，会使其导电性能发生显著 变化。这些少量元素统称为杂质。掺入 杂质的半导体称为杂质半导体。根据掺 入的杂质不同，有N型半导体和P型半导 体两种

N型半导体 在本征硅(或锗)中掺入少量的五价 元素,如磷、砷、锑等,就得到N型半导 体。这时,杂质原子替代了晶格中的某 些硅原子,它的四个价电子和周围四个 硅原子组成共价键,而多出一个价电子 只能位于共价键之外,如图14所示

N型半导体 在本征硅(或锗)中掺入少量的五价 元素，如磷、砷、锑等，就得到N型半导 体。这时，杂质原子替代了晶格中的某 些硅原子，它的四个价电子和周围四个 硅原子组成共价键，而多出一个价电子 只能位于共价键之外，如图1―4所示

9(炽炽炽 键外 电子 小9(+9{+少 施主 图1-4N型半导体原子结构示意图

＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 5 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 键 外 电 子 施 主 原 子 图1―4N型半导体原子结构示意图