模擬電路與數(shù)字電路教學(xué)提綱.ppt

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1、模擬電路與數(shù)字電路2.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的運動方式及形成的電流PN結(jié)及其單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體及其材料·導(dǎo)體:電阻率ρ小于10-3Ω·cm·絕緣體:ρ大于108Ω·cm·半導(dǎo)體:ρ介于導(dǎo)體和絕緣體之間。常用半導(dǎo)體材料有:硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵(GaAs)等2.1.1半導(dǎo)體電阻率：數(shù)值上等于單位長度、單位截面的某種物質(zhì)的電阻。本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu):本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。硅(Si)鍺(Ge)制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共價鍵中的兩個價電子原子核本征

2、半導(dǎo)體概念本征激發(fā)（熱激發(fā)）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴價電子價電子受熱或受光照（即獲得一定能量）后，可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個帶正電的空穴。該現(xiàn)象稱為本征激發(fā)(熱激發(fā))本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子本征激發(fā)（熱激發(fā)）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理空穴價電子自由電子在熱激發(fā)下，本征半導(dǎo)體中存在兩種能參與導(dǎo)電的載運電荷的粒子(載流子)：成對的電子和空穴復(fù)合——自由電子回到共價鍵結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)象。此時電子空穴成對消失。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理自由電子和空穴成對產(chǎn)生的同時，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達到動態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。注意：(1)本

3、征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差。(2)溫度越高，載流子的數(shù)目越多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就越好。可見，溫度對半導(dǎo)體器件性能影響很大。T＝300K時電子濃度硅：鍺：銅：光敏性：當(dāng)受到光照時，半導(dǎo)體的電阻率隨著光照增強而下降，其導(dǎo)電能力增強。據(jù)此可制作各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等。半導(dǎo)體的特性熱敏性：半導(dǎo)體的電阻率隨著溫度的上升而明顯下降，其導(dǎo)電能力增強。據(jù)此可制作溫度敏感元件，如熱敏電阻。本征半導(dǎo)體摻雜性：在純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，其電阻率大大下降而導(dǎo)電能力顯著增強。據(jù)此可制作各種半導(dǎo)體器件，如二極管和三極管等。半導(dǎo)體特性本征半導(dǎo)體2.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體

4、—在本征半導(dǎo)體中摻入微量其它元素而得到的半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為：N型(電子)半導(dǎo)體和P型(空穴)半導(dǎo)體兩類。1.N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入微量五價元素物質(zhì)（磷、砷等）而得到的雜質(zhì)半導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)圖摻雜后，某些位置上的硅原子被5價雜質(zhì)原子（如磷原子）取代。磷原子的5個價電子中，4個價電子與鄰近硅原子的價電子形成共價鍵，剩余價電子只要獲取較小能量即可成為自由電子。同時，提供電子的磷原子因帶正電荷而成為正離子。電子和正離子成對產(chǎn)生。上述過程稱為施主雜質(zhì)電離。5價雜質(zhì)原子又稱施主雜質(zhì)。1.N型半導(dǎo)體常溫下雜質(zhì)原子電離，產(chǎn)生電子—正離子對本征激發(fā)（熱激發(fā)）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴價電子價

5、電子受熱或受光照（即獲得一定能量）后，可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個帶正電的空穴。該現(xiàn)象稱為本征激發(fā)(熱激發(fā))本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子這種電子為多數(shù)載流子的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體?？梢姡涸贜型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子（簡稱多子）；空穴是少數(shù)載流子（簡稱少子）。N型半導(dǎo)體中還存在來自于熱激發(fā)的電子-空穴對。1.N型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體是否帶電？正負電荷數(shù)相等，N型半導(dǎo)體呈電中性N型半導(dǎo)體中電子-空穴數(shù)是否相同？在本征半導(dǎo)體中摻入微量三價元素物質(zhì)（硼、鋁等）而得到的雜質(zhì)半導(dǎo)體。2.P型半導(dǎo)體幻燈片放映結(jié)構(gòu)圖摻雜后，某些位置上的硅原子被3價雜質(zhì)原子（如硼原子）取代

6、。硼原子有3個價電子，與鄰近硅原子的價電子構(gòu)成共價鍵時會形成空穴，導(dǎo)致共價鍵中的電子很容易運動到這里來。同時，接受一個電子的硼原子因帶負電荷而成為不能移動的負離子。空穴和負離子成對產(chǎn)生。上述過程稱為受主雜質(zhì)電離。3價雜質(zhì)原子又稱受主雜質(zhì)。2.P型半導(dǎo)體這種空穴為多數(shù)載流子的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體?？梢姡涸赑型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子(簡稱多子),自由電子是少數(shù)載流子（簡稱少子）。P型半導(dǎo)體中還存在來自于熱激發(fā)的電子-空穴對。2.P型半導(dǎo)體雜質(zhì)濃度對導(dǎo)電性能的影響Si原子濃度：5×1022cm?3本征Si：ni=1.5×1010cm?3(300K)ρ≈105?cm雜質(zhì)濃度：1013cm?3ρ

7、≈103?cm1021cm?3ρ≈10?3?cm摻雜濃度對半導(dǎo)體導(dǎo)電性有很大的影響！擴散運動—載流子受擴散力的作用所作的運動稱為擴散運動。擴散電流—載流子擴散運動所形成的電流稱為擴散電流。擴散電流大小與載流子濃度梯度成正比載流子運動方式及形成電流1.擴散運動及擴散電流漂移運動—載流子在電場力作用下所作的運動稱為漂移運動。漂移電流—載流子漂移運動所形成的電流稱為漂移電流。漂移電流大小與電場強度成正比2.漂移運動