模拟电子技术,华成英,童诗白,第四版,第1章常用半导体器件,考试重点,学习基础

模拟电子技术Fundamentals of Analog Electronics

—多媒体教学课件许昌学院 电气信息工程学院

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第1章 常用半导体器件

《模拟电子技术基础》

第1章 常用半导体器件1.1 1.2 1.3 1.4 半导体基础知识 半导体二极管 双极型晶体管 场效应管

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第1章 常用半导体器件

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1.1 半导体的基础知识1.1.1 本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体

一、半导体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。

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半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显 变化。 光敏器件 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导 电能力明显改变。二极管

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二、本征半导体的晶体结构完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体 称为本征半导体+4 +4 +4 价 电 子 +4 +4 +4

将硅或锗材料提 纯便形成单晶体， 它的原子结构为 共价键结构。

共 价 键

+4

+4

+4

当温度 T = 0 K 时，半导 体不导电，如同绝缘体。 图 1.1.1 本征半导体结构示意图

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三、本征半导体中的两种载流子若 T ,将有少数价 电子克服共价键的束缚成 为自由电子，在原来的共 价键中留下一个空位—— 空穴。

T

+4 空穴 +4

+4

+4 自由电子

自由电子和空穴使本 征半导体具有导电能力， 但很微弱。空穴可看成带正电的 载流子。

+4

+4

+4

+4

+4

图 1.1.2

本征半导体中的 自由电子和空穴

(动画1-1) (动画1-2)

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四、本征半导体中载流子的浓度本征激发 复合 动态平衡

在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的， 并且自由电子与空穴的浓度相等。

本征半导体中载流子的浓度公式： 3

ni pi K1T 2 e

EGO 2 KT

T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:

n = p =1.43×1010/cm3本征锗的电子和空穴浓度:

n = p =2.38×1013/cm3

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小结：1. 半导体中两种载流子

带负电的自由电子 带正电的空穴

2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现， 称为 电子 - 空穴对。3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表

示，显然 ni = pi 。 4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又 不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动 会达到平衡，载流子的浓度就一定了。 5. 载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升 高，基本按指数规律增加。

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1.1.2 杂质半导体杂质半导体有两种N 型半导体 P 型半导体

一、 N 型半导体(Negative)在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型

半导体)。常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。

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本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子), 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。

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