模拟电子基础 第一章 半导体器件.pdf

模拟电子技术基础 0.电子技术的现状与发展趋势 1. 本课程的性质 是一门技术基础课 2. 特点 非纯理论性课程 实践性很强 以工程实践的观点来处理电路中的一些问题 3. 研究内容 以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原 理、特点及性能指标等。 4. 教学目标 能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单 元电路进行设计。 第一章 半导体器件 §1.1 半导体的基本知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 半导体三极管 §1.4 场效应晶体管 §1.5 单结晶体管和晶闸管 1.1 半导体的基本知识 1.1.1 导体、半导体和绝缘体 物质的导电特性取决于原子结构 导体：一般为低价元素, 其最外层电子受原子 的束缚力很小, 极易挣脱原子 的束缚成为自由电子。因此在外电场 作用下, 这些电子产生定向运动形成电流, 呈现出较好 的导电特性。如金属一般都是导体。 绝缘体：高价元素和高分子物质最外层电子受原子 的束缚 力很强, 极不易摆脱原子 的束缚成为自由电子, 所 以其导电性极差, 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。 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： 光敏性和热敏性：当受外界热和光的作 用时，它的导电能力明显变化。 掺杂性：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。 1.1.2 本征半导体 一、本征半导体的结构特点 本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶 体。目前用的最多的半导体 硅和锗，它们的最外 层电子 （价电子）都 四 。 Ge Si 在硅和锗晶体中，原子在空间上排列有 序，组成晶体点阵，两个相邻的原子共有一对 价电子, 组成共价键结构。共用一对价电子， 每个原子都和周围的４个原子用共价键的形式 互相紧密地联系起来 。 硅和锗的晶 体结构： 硅和锗的共价键结构 共价键共 +4 +4 用电子对 +4表示除 去价电子 +4 +4 后的原子 形成共价键后，每 原子的最外层电子 八 ，构成稳定结构。 +4 +4 共价键有很强的结合力，使原子规 则排列，形成晶体。 +4 +4 共价键中的两 电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以 本征半导体的导电能力很弱。 二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴 在绝对0度 （T=0K ）和没有外界激发时,价 电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可 以运动的带电粒子 （即载流子），它的导电能力 为 0，相当于绝缘体。 在常温下，由于热激发(本征激发)，使一 些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚， 成为自由电子，同时共价键上留下一 空位，称 为空穴。 可见因热激发而出现的自由电子和空穴 同时成 对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也 可能回到空穴中去，称为复合。 本征激发和复