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1、上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+14284Si硅原子结构示意图硅原子结构示意图+3228 18Ge4原子结构示意图原子结构示意图+4硅、锗原子硅、锗原子的简化模型的简化模型上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+
2、4+4+4+4+4+4+4电子空穴电子空穴复合，成复合，成对消失对消失上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电子和空穴产生过程动画演示电子和空穴产生过程动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础 本征激发使本征激发使空穴空穴和和自由电子自由电子成对产生。成对产生。相遇相遇复合复合时，又时，又成对成对消失。消失。 小结小结空穴浓度（空穴浓度（np)=电子浓度电子浓度(nn)温度温度T一定时一定时np nn=K(T)K(T) 与温度有关的常数与温度有关的常数 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础在在外外电电场场作作用用下下+4+4+4+4
3、+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电电子子运运动动形形成成电电子子电电流流+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4
4、+4+4+4+4+4+4U价电子填价电子填补空穴而补空穴而使空穴移使空穴移动，形成动，形成空穴电流空穴电流上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础半导体导电机理动画演示半导体导电机理动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1) 在半导体中有两种在半导体中有两种载流子载流子这就是这就是半导体和金属导电半导体和金属导电原理的原理的 本质区别本质区别a. 电阻率大电阻率大(2) 本征半导体的特点本征半导体的特点b. 导电性能随温度变化大导电性能随温度变化大小结小结带正电的带正电的空穴空穴带负电的带负电的自由电子自由电子本征半导体不能在半导体器件中直接使用本征
5、半导体不能在半导体器件中直接使用上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2掺杂半导体掺杂半导体 在在本征半导体本征半导体硅或锗中硅或锗中掺入微量掺入微量的其它适当的其它适当元元素素后所形成的半导体后所形成的半导体根据掺杂的不同，杂质半导体分为根据掺杂的不同，杂质半导体分为N型导型导体体P型导型导体体(1) N型半导体型半导体 掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4掺入少量五价杂质元素磷掺入少量五价杂质元素磷P P上页上页下页下页返回返回模拟电子技
6、术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4P P上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础多出多出一个一个电子电子出现出现了一了一个正个正离子离子+4+4+4+4+4+4+4+4P P上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +半导体中产生了大量的自由电子和正离子半导体中产生了大量的自由电子和正离子上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础N型半导体形成过程动画演示型半导体形成过程动画演示上页上
7、页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础c. 电子是多数载流子，简称多子电子是多数载流子，简称多子; ;空穴是少数载流空穴是少数载流 子，简称少子。子，简称少子。e. 因电子带负电，称这种半导体为因电子带负电，称这种半导体为N(negative)型或型或 电子型半导体。电子型半导体。f. 因掺入的杂质给出电子，又称之为施主杂质。因掺入的杂质给出电子，又称之为施主杂质。b. N型半导体中型半导体中产生了大量的产生了大量的( (自由）电子和正离子自由）电子和正离子。小结小结d. np nn=K(T)a. N型半导体是在本征半导体中型半导体是在本征半导体中掺入少量五价杂质掺入少量五价杂质
8、元素形成的。元素形成的。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2) P型半导体型半导体 在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入三价杂质元素三价杂质元素，如硼等。如硼等。B B+4+4+4+4+4+4+4+4+4上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4B B上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础出出现现了了一一个个空空位位+4+4+4+4+4+4B B+4+4上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4B B+4+4负离子负离子空穴空穴上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基
9、础模拟电子技术基础- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -半导体中产生了大量的空穴和负离子半导体中产生了大量的空穴和负离子上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础P型半导体的形成过程动画演示型半导体的形成过程动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础c. 空穴是多数载流子空穴是多数载流子, ,电子是少数载流子。电子是少数载流子。e. 因空穴带正电，称这种半导体为因空穴带正电，称这种半导体为P(positive)型或型或 空穴型半导体。空穴型半导体。f.
10、 因掺入的杂质接受电子，故称之为受主杂质。因掺入的杂质接受电子，故称之为受主杂质。a. P型半导体是在本征半导体中型半导体是在本征半导体中掺入少量的三价掺入少量的三价 杂质元素形成的。杂质元素形成的。b. P型半导体型半导体产生大量的空穴和负离子产生大量的空穴和负离子。小结小结d. np nn=K(T)上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可将将N型转为型转为P型；型；杂质半导体的转型杂质半导体的转型当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可将将
11、P型转为型转为N N型。型。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +以以N型半导体为基片型半导体为基片通过半导体扩散工艺通过半导体扩散工艺3. PN结的形成结的形成上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础使半导体的一边形成使半导体的一边形成N型区，另一边形成型区，另一边形
12、成P型区。型区。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1) 在浓度差的作用下，电子从在浓度差的作用下，电子从 N区向区向P区扩散。区扩散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
13、 +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2) 在浓度差的作用下，空穴从在浓度差的作用下，空穴从 P区向区向N区扩散。区扩散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上
14、页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。在在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。在P区和区和N区区交界面上，留下了一层不能移动的正、负离子。交界面上，留下了一层不能移动的正、负离子。小结小结N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础即即PN结结
15、空间电荷层空间电荷层N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础形成内电场形成内电场内电场方内电场方向向N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - -
16、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN结结一方面阻碍多子的扩散一方面阻碍多子的扩散N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础另一方面另一方面加速少子的漂移
17、加速少子的漂移N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础势垒势垒U0形成电位势垒形成电位势垒N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - -
18、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当扩散与漂移作用平衡时当扩散与漂移作用平衡时a. 流过流过PN结的净电流为零结的净电流为零b. PN结的厚度一定（约几个微米）结的厚度一定（约几个微米）c. 接触电位一定（约零点几伏）接触电位一定（约零点几伏）N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - -
19、- - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN结形成过程动画演示结形成过程动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当N区和区和P区的掺杂浓度不等时区的掺杂浓度不等时离子密离子密度大度大空间电荷空间电荷层较薄层较薄离子密离子密度小度小空间电荷空间电荷层较厚层较厚高掺杂浓度区高掺杂浓度区域用域用N+表示表示+_PN+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.1.2 PN结的单向导电性结的单向导电性1PN结正向偏置结正向偏置 PN结正向偏置结正向偏置 当外加直流电压使当外加直流
20、电压使PN结结P型半型半 导体的一端的电位高于导体的一端的电位高于N型半导体一端的电位时，型半导体一端的电位时，称称PN结正向偏置，简称正偏。结正向偏置，简称正偏。PN结反向偏置结反向偏置 当外加直流电压使当外加直流电压使PN结结N型半型半导体的一端的电位高于导体的一端的电位高于P型半导体一端的电位时，型半导体一端的电位时，称称PN结反向偏置，简称反偏。结反向偏置，简称反偏。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
21、 - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE内内+ + + + + + +EPN结正向偏置结正向偏置上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础内电场被削弱内电场被削弱PN结变窄结变窄PN结呈现低阻、导通状态结呈现低阻、导通状态多子进行扩散多子进行扩散- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
22、 + + +RSE内内+ + + + + + +E上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN结正偏动画演示结正偏动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础内电场增强内电场增强PN结变宽结变宽PN结呈现高结呈现高阻、截止状态阻、截止状态不利多子扩散不利多子扩散有利少子漂移有利少子漂移2PN结反向偏置结反向偏置 - - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
23、+ + + + + + +RSE内内+ + + + + + +E上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础此电流称为此电流称为反向饱和电流，记为反向饱和电流，记为IS。因少子浓度主要与温度有关，反向因少子浓度主要与温度有关，反向电流与反向电压几电流与反向电压几乎无关。乎无关。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE内内+ + + + + +
24、+E上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN结反偏动画演示结反偏动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.1.3 PN结的电压与电流关系结的电压与电流关系)1e (S TUuIi+_PN_ui上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础IS PN结反向饱和电流结反向饱和电流UT 热电压热电压)1e (S TUuIi式中式中UT=KT qq 电子电量电子电量T 绝对温度绝对温度mV26 TU在室温（在室温（T=300K) )时，时， 。K 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数其中其中上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1) 当当u = 0时，时，i = 0 ；(3) 当当u UT 时，时，i IS 。讨论讨论)1e (S TUuIi(2) 当当u0，且，且u UT 时，时， ；TUuIieS 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础思思 考考 题题1. 半导体中的载流子浓度主要与哪些因素有关？半导体中的载流子浓度主要与哪些因素有关？2. 扩散电流与漂移电流的主要区别是什么？扩散电流与漂移电流的主要区别是什么？