《模拟电子线路》第2章PPT.ppt

杨 凌 第2章 半导体二极管及其基本电路 §2.0 引言 电路 器件 应用 Richard J. Valentine ─ 摩托罗拉公司首席工程师 “分立半导体器件是大多数电子电路的基本构件,即使对于微 型计算机芯片这样的复杂集成电路器件,也是由二极管和晶体管 构成的。工程师在开始设计电路之前,不管这个电路是一个普通的 家用计算机电源,还是一个含有500万个晶体管的微处理器集成电 路,了解其中的单个元器件的工作原理是非常必要的。” §2.0 引言 “每种类型的半导体设备都有其独特的性能,从而满足不同 的电路要求.学习这些特性能帮助电路设计着更快地选择正确 的元器件.花时间学习每种分立半导体器件如何工作,以及它们 与其他元件如何相互作用,最终会得到回报的.” “任何电子类职业都会涉及到半导体器件的应用甚至设计. 掌握半导体器件的基本知识,无论对于那些测试二极管、晶体 管以及微电路芯片的技工,还是那些将半导体器件设计到电子 设备中的工程师来说,都是非常重要的.” §2.1 半导体的基本知识 半导体的导电率介于导体和绝缘体之间 (10－3～109Ω·cm). 硅 (Si) 和锗 (Ge) 是常用的半导体材料,它们广泛用于半导体器件 和集成电路中,其他半导体材料用在特殊的领域中,例如砷化镓 (GaAs)及其相关化合物用在特高速器件和光器件中. 一、本征半导体 本征半导体是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体. 本征半导体呈电中性. §2.1 半导体的基本知识 §2.1 半导体的基本知识 ni =pi=AT3/2e－Eg0/2kT （2—1） 3.88×1016cm－3K－3/2 （Si） 1.76×1016cm－3K－3/2 （Ge） 1.21 eV （Si） 0.785 eV （Ge） k (玻尔兹曼常数) = 8.63×10－5 eV/K T↑→ ni↑，T=300K， ni(Si) ≈ 1.5×1010cm－3 ni(Ge) ≈ 2.4×1013cm－3 §2.1 半导体的基本知识 硅本征半导体中自由电子的浓度为 1.5×1010cm－3 ,看上 去似乎很大,但和硅原子的浓度4.96×1022cm－3相比还是很小 的. 所以,本征半导体的导电能力很弱 (本征硅的电阻率约为 2.2×105Ω·cm). 二、 杂质半导体 掺有杂质的半导体称为杂质半导体.在掺杂过程中,通过 控制自由电子和空穴的浓度,来控制半导体的导电性能. 杂质半导体依然呈电中性. §2.1 半导体的基本知识 1. N型半导体 §2.1 半导体的基本知识 在热平衡条件下 n0 p0= ni 2 （2—2） N型半导体 n0 =Nd+ p0 ≈ Nd （2—3） Nd —施主原子浓度 . P型半导体 p0=Na+ n0 ≈ Na （2—4） Na —受主原子浓度 . (1) 掺杂后,多子浓