半导体器件基础教学.ppt

前 言 1、电子技术的发展 很大程度上反映在元器件的发展上 47年 贝尔实验室制成第一只晶体管 58年 集成电路 69年 大规模集成电路 75年 超大规模集成电路 2、模拟信号与模拟电路 1）信号：是反映消息的物理量 2、模拟信号与模拟电路 2、模拟信号与模拟电路 2、模拟信号与模拟电路 3、模拟电子技术基础课程的特点 3、模拟电子技术基础课程的特点 4、如何学习这门课程 5、课程目的 1、掌握基本概念、基本电路、基本分析方法、基本实验技能 2、具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。 6、考查方法 会看：定性分析 会算：定量计算 第一章 半导体器件基础 1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 场效应晶体管 本章重点 （1）PN结的单向导电性 （2）半导体二极管的伏安特性及主要参数 （3）稳压二极管的伏安特性及主要参数 （4）半导体三极管的放大原理，输入、输出特性及主 要参数 （5）场效应三极管的工作原理，输出特性、转移特性 及主要参数 本章讨论的问题 （1）空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子 运动吗？ （2）N型半导体和P型半导体分别是指什么？ PN结是怎样形成的？ （3）晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？ 场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的？ 为什么它们都可以用于放大？ 1.1 半导体基础知识 1.1.1 半导体的特性 1. 导体：自然界中很容易导电的物质。如铜、银、铝等金属材料。 2. 绝缘体：几乎不导电的物质。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 3.半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的一类物质。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 半导体导电性能是由其原子结构决定的。 1.1.1 半导体的特性 硅原子结构 最外层电子称价电子 锗原子也是4价元素 (a)硅的原子结构图 　4价元素的原子常常用 + 4电荷的正离子和 周围4个价电子表示。 (b)简化模型 1.1.2 本征半导体 1. 定义：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。 2. 晶体结构 1.1.2 本征半导体 3. 本征半导体的两种载流子：自由电子和空穴 1.1.2 本征半导体 4. 本征浓度---载流子的“产生”与“复合” 产生：本征半导体受外界能量激发，产生 电子—空穴对。 复合：电子和空穴在无规则热运动过程中 相遇而相互填补，使电子和空穴成 对消失。 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一 定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的 电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。 1.1.2 本征半导体 5. 动态平衡---载流子的“产生”与“复合”达到平衡。自由电子与空穴的浓度一定。 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体 1、 N型半导体 （1） 定义：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)。 （2） 原子结构 1.1.3 杂质半导体 （3） N型半导体中的“多子” --电子和 “少子”—空穴 因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度 　　 自由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)。 1.1.3 杂质半导体 （4） “施主”离子 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。 N型半导体呈电中性 1.1.3 杂质半导体 2. P型半导体 （1） 定义：在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。 （2） 原子结构 1.1.3 杂质半导体 （3） P型半导体中的“多子”和“少子” 因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。 空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；