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1、参考书1.电路与模拟电子技术基础 林青、林微、顾樱华等编科学出版社2.电路基础与模拟电子技术 李树雄编著北京航空航天大学出版社主要内容：基尔霍夫定理、电路变换、戴维宁、诺顿定理3.电子线路（线性部分）（第四版）谢嘉奎主编高等教育出版社4.现代电子线路 王志刚主编清华大学 、北京交通大学出版社主要内容：半导体器件、半导体电路及其工作原理5.模拟电子技术基础问答例题试题陈大钦主编华中科技大学出版社6.模拟电子技术基础第三版 全程辅导 苏志平主编中国建材工业出版社7.模拟电子技术典型题解析与实战模拟 邹逢兴主编清华大学 、北京交通大学出版社8.模拟电子技术 学习指导与习题精解 朱定华、吴建新、 饶志
2、强编著 清华大学 、北京交通大学出版社9.电子线路（第四版）教学指导书 汪胜宁、程东红主编高等教育出版社主要内容：半导体电路的工作原理及其习题第 1 章 半 导导 体器 件 与 模 型1.1 半导体的导电特性1.2 PN结1.3 半导体二极管电路的等效模型及分析方法1.4 半导体三极管1.5 场效应管1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体具有某些特殊性质：如光敏热敏 及掺杂特性现现现现代代电电电电子学中，用的最多的半子学中，用的最多的半导导导导体体 是硅和是硅和锗锗锗锗，它，它们们们们的最外的最外层电层电层电层电 子（价子（价电电电电子子 ）都是四个。）都是四个。硅原子的序数硅
3、原子的序数为为为为1414，锗为锗为锗为锗为 32321.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成 晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中 心，而四个其它原子位于四面体的顶点，心，而四个其它原子位于四面体的顶点， 每个原子与其相临的原子之间形成每个原子与其相临的原子之间形成共价键共价键 共用共用一对价电子一对价电子。硅和锗的晶体结构：硅和锗的晶体结构：1. 1. 原子结构及简化模型原子结构及简化模型2. 2. 本征半导体和本征激发本征半导体和本征激发完全纯净的、结构完整的完全纯净的、结构完
4、整的 半导体晶体。半导体晶体。本征半导体：本征半导体：半导体晶体结构半导体晶体结构共价键共价键有很强的结合力，使原子规则排有很强的结合力，使原子规则排 列，形成晶体。列，形成晶体。形成共价键后，每个原子的最外层电形成共价键后，每个原子的最外层电 子是子是 8 8个个，构成稳定结构。，构成稳定结构。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共 价键中，称为束缚电子，大多数半导体在 常温下束缚电子很难脱离共价键。本征激发当温度超过常温时，由于热激 发，使一些价电子获得足够的能 量而脱离共价键的束缚，成为自 由电子，同时共价键上留下一个 空位，称为空穴，这种现象称为 本征激发。本征激发本征激发热激发热激发价电子
5、获得足够价电子获得足够 的能量脱离共价键的束缚的能量脱离共价键的束缚自由电子自由电子 共价键上形成空穴共价键上形成空穴自由电子自由电子- -空穴对空穴对本征半导体中外界激发产生的自由电本征半导体中外界激发产生的自由电 子和空穴总是成对出现，两者数目相同。子和空穴总是成对出现，两者数目相同。自由电子自由电子- -空穴对空穴对本征半导体的载流子本征半导体的载流子价电子移动载流子空穴移动？空穴移动？出现出现空穴空穴临近价电子填补到空穴中临近价电子填补到空穴中 在新位置留下空位在新位置留下空位空穴迁移空穴迁移相当于相当于正正 电荷的移动电荷的移动空穴是载流子。空穴是载流子。自由电子跳 入空穴，重新 为
6、共价键束缚 ，使自由电子 和空穴两者同 时消失的现象复合本征半导体中存在数量相等的本征半导体中存在数量相等的 两种两种载流子载流子，即，即自由电子和空穴自由电子和空穴。3. 本征半导体中载流子浓度温度一定时，载流子的产生和复合 将达到动态平衡，此时载流子浓度为一热 平衡值，温度升高，本征激发产生的载流 子数目将增加，但同时复合作用也增加， 载流子的产生和复合将在新的更大浓度值 的基础上达到动态平衡。动态平衡时载流子浓度本征激发中有可以证明:本征半导体的导电能力很弱。？本征半导体的导电能力很弱。？本征半导体的特点温度越高载流子的浓度越高导电能力越强半导体性能受温度影响。硅的本征载流子浓度锗的本征
7、载流子浓度硅的原子密度如何提高本征半导体的载如何提高本征半导体的载流子浓度？流子浓度？1.1.2 杂质半导体通过掺杂来改善本征半导通过掺杂来改善本征半导体的导电能力。体的导电能力。在本征半导体中人为掺入某 种“杂质”元素形成的半导体。杂质半导体所掺入5价元素称为施主杂质， 或N型杂质。1. N 型半导体在本征 Si 中掺入微量5价元素元 素后形成的杂质半导体称为 N 型半 导体。N型半导体动态平衡载流子浓度杂质半导体中，多子浓度近似等于杂质浓 度，少子浓度与杂质浓度成反比与本征半 导体载流子浓度的平方成正比N型半导体中，自由电子为多子（多 数载流子），空穴为少子（少数载流 子）。2. P型半导
8、体所掺入3价元素称为受主杂质， 或P型杂质。 在本征 G e 中掺入微量3价元素后 形成的杂质半导体称为 P型半导体。杂质元素能否成为载流子？杂质元素能否成为载流子？ P型半导体中多子 空穴P型半导体动态平衡载流子浓度温度一定时，两种载流子的产生和复合 将达到平衡。P型半导体中，空穴为多子（多数载 流子），自由电子为少子（少数载流 子）。少子浓度随温度的变化是影响少子浓度随温度的变化是影响半导体器件性能的主要原因。半导体器件性能的主要原因。温度上升时，多子浓度几乎不变，而 少子浓度则迅速增加。1.1.3 半导体中的漂移电流和扩散电流漂移电流形成的条件？ 扩散电流扩散电流形成的条件？ 自由电子形
9、成的电流？空穴形成的电流？1. 1. 漂移电流漂移电流外加电场时，载流子在电场力 的作用下形成定向运动，称为漂移运 动，并由此产生电流，称为漂移电流 。漂移电电流为为两种载载流子漂移电电流之和，方向与外电场电场 一致。漂移电流密度漂移电流密度电子漂移电流密度：电子漂移电流密度：空穴漂移电流密度：空穴漂移电流密度： （通过单位截面积的漂移电流）（通过单位截面积的漂移电流）总的漂移电流密度总的漂移电流密度 ：？2. 2. 扩散电流扩散电流半导体中出现载流子的浓度 差时，载流子由高浓度区域向低 浓度区域所作的定向运动称为扩 散运动，由此形成的电流称为扩 散电流。扩散电流密度扩散电流密度迁移率与扩散系
10、数的关系迁移率与扩散系数的关系迁移率 与扩散系数 D 表示半导体 中载流子定向运动的难易程度,影响半 导体器件的工作频率。两者之间遵循爱因斯坦关系式：两者之间遵循爱因斯坦关系式：1.2 PN结1.2.1 动态平衡时的PN结同时两类半导体中还存在少 量电子空穴对，但其中正负电 荷数量相等，呈电中性。室温下，N 型半导体中含施 主杂质，并电离为自由电子 和正离子P 型半导体中含受主杂质， 并电离为空穴和负离子。1. PN1. PN结的形成结的形成将P型和N型半导体采用特殊 工艺制造成半导体,半导体内有一 物理界面，界面附近形成一个极 薄的特殊区域，称为PN结。空间电荷空间电荷 区区PN结空间电荷区
11、耗尽层阻挡层 势垒区内建电场内建电场内电场E ：N区 P区内电场内电场E E的影响的影响（1）阻止两区多子的扩散；（2）促使两区少子越结漂移；（3）扩散电流减小，漂移电流增加，漂 移电流将部分抵消因浓度差产生的使两区 多子越结的扩散电流。阻挡层宽度与阻挡层两边的电荷量有关？阻挡层宽度与阻挡层两边的电荷量有关？空间电荷区阻挡层阻挡层宽度可反映内建电场强度阻挡层宽度可反映内建电场强度，当PN结 交界面处的截面积S一定时，阻挡层越宽，形 成的带电离子电荷量越大。阻挡层在P区边的负电荷量为：阻挡层在N区边的正电荷量为：两者的绝对值相等阻挡层两侧的宽度与掺杂浓度的关系：阻挡层在任一侧的宽度与该侧掺杂浓
12、度成反比。即掺杂浓度低的一侧阻挡层 宽。阻挡层主要向参杂浓度低的一侧扩展阻挡层主要向参杂浓度低的一侧扩展动态平衡时的动态平衡时的PNPN结结扩散进一步进行，空间电荷区内的 离子数增多，电场E增强，漂移电流增大 ，当扩散电流=漂移电流时，达到平衡状 态，形成PN结。电子、空穴的扩散电流和漂移电流均等值反向；动态平衡动态平衡PNPN结：结： 无净电流流过PN结 空间电荷区宽度不变：结区内正、负离子数量相等； 空间电荷区外的P、N区处于热平 衡状态 且保持电中性。2.2.内建电位差内建电位差两中性区 没有电场结边界处 电场强度为零交界面处 电场最强内建电位差：内建电位差：各点的电场强度为该 点电位梯
13、度的负值1. 1. 正向特性正向特性1.2.2 PN1.2.2 PN结的导电特性结的导电特性P区接高电位 （正电位）N区接低电位 （负电位）PN结外加直流电压VF将引起阻挡层的变化？将引起阻挡层的变化？正偏时，各电量的变化？正偏时，各电量的变化？PNPN结正偏时：结正偏时：阻挡层变薄阻挡层变薄 ？正偏正偏正向电流正向电流多子扩散运动形成的扩散电流多子扩散运动形成的扩散电流内电场被削弱， 多子的扩散加强 ，能够形成较大 的扩散电流PNPN结正偏时：结正偏时：外加正偏置电压时载流子浓度分布变化外加正偏置电压时载流子浓度分布变化在正向偏置在正向偏置电压电压电压电压 的作用下，的作用下，P P区中区中
14、 的多子空穴将源源不断地通的多子空穴将源源不断地通过过过过阻阻挡层挡层挡层挡层 注注 入到入到N N区，成区，成为为为为N N区中的非平衡少子，并区中的非平衡少子，并 通通过边扩过边扩过边扩过边扩 散、散、边边边边复合，在复合，在N N区形成非平区形成非平 衡少子的衡少子的浓浓浓浓度分布曲度分布曲线线线线PN结正偏时： 在N、P区均形成非平衡少数载流子浓度分布PN结正偏时，通过PN结的电流是由 两个区的多子通过阻挡层的扩散而形成 自P区流向N区的正向电流IF。当外加电压VF升高时，PN结的内电场进 一步减弱，扩散电流随之增加，且呈指 数增长。正偏时，正偏时，PNPN结呈现为一个小电阻结呈现为一
15、个小电阻为了保证整个闭合回路中电流的连 续性，外电源必须源源不断地向P区和N 区补充扩散和复合中损失的空穴和自由 电子 .PN结承受的电压：PN结反偏：P区接低电位 （负电位）N区接高电位 （正电位）2. 反向特性PN结反偏：内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子 漂移加强，但少子数量有限，只能形成较 小的电流。反向电流反偏I Is s 称为反向饱和电流称为反向饱和电流PN结反偏： 硅PN结的Is为p A级， 温度T增加 Is增大？反偏时，反偏时，PNPN结呈现为一个大电阻结呈现为一个大电阻正偏加正向电压反偏加反向电压PNPN结的单向导电性结的单向导电性1) 在杂质半导体中多子的数量与（a. 掺杂浓度、b.温度）有关。2) 在杂质半导体中少子的数量与 。（a. 掺杂浓度、b.温度）有关。3) 当温度升高时，少子的数量 。 （a. 减少、b. 不变、c. 增多）4) 在外加电压的作用下，P 型半导体中的 电流主要是 ，N 型半导体中的电流主要 是 。（a. 电子电流、b.空穴电流） 思考题：故有3. PN结的伏安特性一般而言，要产生正向电流时，外加 电压远大于VT，正向电流远大于 Is，则可得近似估算近似估算正向：正向：反向：反向：陡峭电阻 小正向导通特性平坦反向截止 一 定的温度条件下，由本征激发决 定的少子浓度是一定的非线
