《第一章：半导体器件的基本特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章：半导体器件的基本特性（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子技术基础（模电、数电）,授课教师：肖 迪手 机：13914762928电子邮箱:xiaodi_,一、课程的性质及任务,1. 本课程是一门电子技术方面的入门技术基础课，是研究各种半导体器件、电子线路及应用的一门学科。2. 学生通过本课程的学习，掌握一些有关电子技术的基本理论、基本知识，为今后进一步学习打下一定的基础。,二 研究对象1.电子器件的特性、参数；2.电子线路分析的基本方法：即模拟电路和数字电路的分析方法。3.有关应用。三 研究方法电子技术的研究方法与电路不同，它具有更强的工程性质，在分析中常用工程近似法突出主要问题，使分析过程得以简化。,讲授内容,第一章 半导体二极管及基本电路 第
2、二章 晶体管及基本放大电路 第三章 场效应管及放大电路 第四章 反馈放大电路 第五章 集成电路运算放大器及应用 第八章 数字电路基础第九章 逻辑代数与逻辑函数 第十章 组合逻辑电路 第十一章 双稳态触发器 第十二章 时序逻辑电路 第十三章 数模和模数转换器,绪论,电子技术发展概况1906年真空三极管的诞生，标志着第一代电子器件真空管开始形成。 20世纪40年代后期，出现了一种新型的电子器件半导体器件，它被称为第二代电子器件。1959年第三代电子器件集成电路诞生。集成电路的发展经历了小规模、中规模、大规模和超大规模等不同阶段。第一块集成电路上只有四只晶体管，而目前的集成电路已经可以在一片硅片上集
3、成几千万只，甚至上亿只晶体管。,绪论,相关概念1. 电子技术电子技术是研究电子器件、电子电路及应用技术的一门科学技术，是发展迅速的学科之一。电子器件的作用是实现信号的产生、放大、调制、探测、储存及运算等，常见的有真空管、晶体管和集成电路。电子电路是组成电子设备的基本单元，由电阻、电容、电感等元件和电子器件构成，完成某种特定功能。,绪论,2. 模拟信号与数字信号 模拟信号是指幅值随时间连续变化的信号，如正弦波，是一种常用来分析电路特性的模拟信号的波形,其特点是在一定动态范围内可任意取值。常用十进制数表示。 数字信号的时间变量是离散的，幅值是跃变的，如矩形波，其特点是在一定时间内可取的值是有限的，
4、常用二进制数表示。,绪论,3.模拟电路与数字电路模拟电路处理的信号是模拟信号，重点研究信号在处理过程中的波形变化及器件和电路对信号波形的影响。电路中电子器件常工作在放大（线性）状态。模拟电路主要采用电路分析的方法，具体有图解分析法和微变等效电路分析法。数字电路处理的信号是数字信号，重点研究电路输入和输出之间的逻辑关系。电路中电子器件经常工作在时通时断的开关（非线性）状态，分析时常采用逻辑代数、真值表、卡诺图和状态转换图等方法。,绪论,学习重点 重点应放在最基本的电路结构、工作原理、分析方法、组合规律以及典型应用等方面。在学习中，对待器件、电路、应用三者的关系是：器件、电路、应用结合，器件为电路
5、所用，以典型电路推动应用。,第一章 半导体二极管及其基本电路,本章主要内容,1.1 半导体的基础知识1.2 PN结及半导体二极管1.3 二极管基本电路及分析方法1.4 特殊二极管,在自然界中，根据物质导电能力的差别，可将它们划分为导体、绝缘体和半导体。,如：金属,如：橡胶、陶瓷、塑料和石英等等,1.1 半导体的基础知识,半导体：,常见的半导体材料有：锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。其中最典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。,这种物质的导电特性处于导体和绝缘体之间。,一：半导体,硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。,半导体的导电性能是由其原子结构决定的。,为方便起见，常表示
6、如下：,1.1.1. 本征半导体,定义：纯净的、不含其它杂质的半导体。,二：本征半导体的晶体结构,共价键共用电子对,共价键,正离子核,在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚其中，不能成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。,T=0K时本征半导体结构图：,三：本征半导体二种载流子,温度升高后，本征半导体结构图,自由电子,空穴,温度升高后，本征半导体结构图,这一现象称为本征激发，也称热激发。,电子空穴对,温度升高后，本征半导体结构图,+4,+4,+4,+4,电子空穴对,复合：与本征激发现象相反，即自由电子遇到空穴并填补空穴，从而使两者同时消失的现象。,在一定温度下，本
7、征激发与复合这二者产生的电子空穴对数目相等，达到一种动态平衡。,温度升高后，本征半导体结构图,+4,+4,+4,+4,电子空穴对,本征半导体的导电机制,+4,+4,+4,+4,自由电子,空穴,本征半导体中产生电流的根本原因：共价键中空穴的出现。,空穴越多，载流子数目就越多，形成的电流就越大。,自由电子带负电荷，形成电子流,两种载流子,空穴视为带正电荷，形成空穴流,本征半导体的导电机制,+4,+4,+4,+4,自由电子,空穴,本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。,1.1.2. 杂质半导体,多数载流子（多子）自由电子； 少数载流子（少子）空穴。,在硅（或锗
8、）的晶体中掺入少量5价杂质元素，如磷，砷等。,1.1.2.1. N型半导体,自由电子的来源：（1）本征激发产生（少量的）（2）掺入杂质元素后多余出来的（大量的）,多数载流子（多子）自由电子； 少数载流子（少子）空穴。,在硅（或锗）的晶体中掺入少量5价杂质元素，如磷，砷等。,多余的电子,施主原子,空穴的来源：只有本征激发产生（少量的）,在硅（或锗）的晶体中掺入少量3价杂质元素，如硼、镓等。,1.1.2.2. P型半导体,空穴,多数载流子（多子）空穴； 少数载流子（少子）自由电子。,空穴的来源：（1）本征激发产生（少量的）（2）掺入杂质元素后多余出来的（大量的）,在硅（或锗）的晶体中掺入少量3价杂
9、质元素，如硼、镓等。,空穴,受主原子,多数载流子（多子）空穴； 少数载流子（少子）自由电子。,自由电子的来源：只有本征激发产生（少量的）,杂质半导体的示意表示方法,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,P型半导体,N型半导体,少子浓度只与温度有关,多子浓度主要受掺入杂质浓度的影响,负离子,空穴,正离子,自由电子,杂质半导体的示意表示方法,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,P型半导体,N型半导体,负离子,空穴,正离子,自由电子,【半导体知识】小结,半导体与导体在导电机理上的区别
10、：导体的载流子只有一种：自由电子；半导体的载流子有两种：自由电子和空穴。,何谓本征半导体和杂质半导体？杂质半导体分类？【同前面所讲！】,1.2. PN结及半导体二极管,1.2.1. PN结的形成,由于浓度差而产生的运动称为扩散运动,耗尽层,PN结,势垒区,阻挡层,V0,（电位势垒）,+,-,耗尽层,PN结,势垒区,阻挡层,V0,（电位势垒）,由上可知，PN结中进行着两种载流子的运动：,多数载流子的扩散运动,少数载流子的漂移运动,空间电荷的变化趋势：【注意：此时为无外加电压状态】,到达平衡时，,空间电荷区的宽度也达到稳定,1：PN结外加正向电压,1.2.2. PN结的单向导电性,前提：只有在外加
11、电压时才会显示出来,PN结加正向电压时导通,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,外电场,P区,N区,多子空穴,多子电子,VF,空间电荷区,内电场,扩散运动,PN结加正向电压时导通,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,内电场,外电场,P区,N区,多子空穴,多子电子,VF,PN结加正向电压时导通,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,变薄,内电场,外电场,P区,N区,多子空穴,多子电子,IF,VF,正向电流,I：扩散电流,PN结加正向电压时导通,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,变薄,内电场,外电场,P
12、区,N区,IF,VF,I：扩散电流,PN结加正向电压时导通,PN结外加反向电压,PN结加反向电压时截止,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,空间电荷区,内电场,外电场,P区,N区,少子电子,少子空穴,VR,漂移运动,PN结加反向电压时截止,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,内电场,外电场,P区,N区,VR,IR,I：漂移电流,反向电流,PN结加反向电压时截止,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,内电场,外电场,P区,N区,VR,IR,I：漂移电流,PN结加反向电压时截止,归纳：,PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流
13、，呈现低电阻， PN结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。,在于它的耗尽层的存在，且其宽度随外加电压而变化。,这就是PN结的单向导电性。,三 PN结电流方程,式中：,四、 PN伏安特性,IF,IR,(A),IF,IR,(A),PN结的反向击穿：,反向击穿电压,反向击穿,电击穿,热击穿,雪崩击穿,齐纳击穿,1.2.3 半导体二极管,1.2.3.1.半导体二极管的结构,二极管的几种常见外形,二极管的几种常见结构,二极管的符号,(a)点接触型,(b)面接触型,(c)集成电路中的平面型,a,k,【Anode】,【Cathode】,几种常见二极管实物图,触发二极管,开关二极管,贴片封装形式,2: 二极管的V-I特性,它的大小与二极管的材料及温度等因素有关。,
