模拟电子技术一二章总结..doc

模电一二章总结 1.1半导体基础知识 物质按照其导电能力可以分为导体、半导体、和绝缘体三种类型。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质叫做半导体。 半导体之所以被用来制造电子元器件是因为它具有不同于其他物质的特性。这些独特的性质集中体现在它的电阻率可以因某些外界因素的改变而明显的变化。 掺杂性：半导体的电阻率受掺入的“杂质”影响极大，在半导体中即使掺入的杂质十分微量，也能使其电阻率大大地下降，利用这种独特的性质可以制成各种各样的晶体管器件。 热敏性：一些半导体对温度的反应很灵敏，其电阻率随着温度的上升而明显下降，利用这种特性很容易制成各种热敏元件，如热敏电阻、温度传感器等。 光敏性：有些半导体的电阻率随着光照的增强而明显下降，利用这些特性可以做成各种光敏元件，如光敏电阻歌光电管等。 1.1.1本征半导体 一、晶体结构 用物理方法，使半导体材料的原子按结晶方式规则的排列，形成的半导体叫做单晶体。如果半导体材料中的原子排列不规则，则形成的半导体晶体叫做多晶体。高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。 硅和锗在使用时都要做成本征半导体。在组成本征半导体时，硅（锗）原子按一定规律整齐排列，组成一定形式的空间点阵。每个硅（锗）原子最外层的四个价电子与相邻的四个硅（锗）原子的各一个价电子形成四对共价键结构。共价键中的电子受两个原子核引力的束缚，使得每个硅（锗）原子最外层形成拥有八个共有电子的稳定结构。 二、本征激发和两种载流子 价电子受激发挣脱共价键的束缚，离开原子，跃迁到导带成为能参与导电的自由电子；同时在共价键中留下相同数量的空位，上述现象称为本征激发。 （1）在绝对零度和无外界激发时，本征半导体中无载流子 共价键内的两个电子称为束缚电子。共价键有很强的结合力，如果没有足够的能量，则价电子不能挣脱原子核的束缚成为自由电子。此时，在本征半导体中，没有可以自由运动的带电粒子——载流子，因而在外电场作用时不会产生电流。在这种条件下，本征半导体不能导电。 （2）本征半导体受激发产生载流子——自由电子和空穴 在获得一定的能量（热、光等）后，少量价电子即可挣脱共价键的束缚成为自由电子。同时，在共价键中留下一个空位，称为空穴。空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。 ①本征半导体中的自由电子载流子 价电子挣脱共价键后成为自由电子。自由电子带负电，在外电场的作用下，自由电子将逆着电场方向定向运动，形成电子电流。因此，自由电子是本征半导体中的一种载流子。 ②本征半导体中的空穴载流子 由于空穴的存在，在外加电场的作用下，处于共价键上的价电子也按一定方向依次填补空穴。因此，在半导体中出现了价电子填补空穴的运动，相当于空穴在于价电子运动相反的方向上运动。 由此可见，在本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴。它们是成对出现的，通常称为电子空穴对，其浓度相等。另外，由于两者电荷量相等，极性相反，所以本征半导体呈电中性。 本征半导体中载流子的浓度 由于本征激发在本征半导体中产生自由电子—空穴对的同时，还会出现另一种现象：自由电子和空穴在运动过程中的随机相遇，使自由电子释放原来获取的激发能量，从导带跌入价带，填充共价键中的空穴，电子—空穴对消失，这种现象称为复合。在一定的温度下，本征半导体中的自由电子和空穴成对产生和复合的运动都在不停的进行，最终要达到一种热平衡的状态，使本征半导体中的载流子浓度处于某一热平衡值。 本征激发和复合式本征半导体中电子—空穴对的两种矛盾运动形式，在本征半导体中的电子和空穴的浓度总是相等的。若设ni为本征半导体热平衡状态时的电子浓度，pi为空穴浓度，本征载流子的浓度可用下式表示： 式中，T为热力学温度，k为玻尔兹曼常数，EGO为热力学零度时破坏共价键所需的能量，又称禁带宽度（硅为1.21eV，锗为0.785eV），K1是与半导体材料载流子有效质量、有效能级密度有关的常量。 应当指出，本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切相关。半导体材料性能对温度的这种敏感性，既可以用来制作热敏和光敏器件，又是造成半导体器件温度稳定性差的原因。 1.1.2杂志半导体 在本征半导体中人为的掺入一定量的杂质成分的半导体称为杂质半导体。这样会使半导体材料的导电能力显著改善。 在本征半导体中掺入不同类型的杂质可以改变半导体中两种载流子的浓度。根据掺入杂质的种类的不同，半导体可分为N型半导体（掺入五价元素杂质）和P型半导体（掺入三价元素杂质）。 N型半导体 （1）本征半导体中掺入微量的五价元素构成N型半导体 由于杂质原子的最外层有五个价电子，则晶体点阵中的某些位置上，杂质原子取代硅（锗）原子，有四个价电子与相邻的硅（锗）原子的四