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[工学]11 12 半导体及二极管

《电子技术》 学习指导 电子技术的基本任务可称之为“信号的产生、信号的传输、信号的处理”,任务的完成取决于对电子器件、电子电路、电子系统的性能的研究。 按照功能和构成原理的不同,电子电路可分为模拟电路和数字电路两大类。 本课程着重讨论模拟电路的基本概念、基本原理、基本分析方法及基本应用。 1.1 半导体基础知识 1.1.1 什么是半导体? 1.1.2 本征半导体 1.1.3 掺杂半导体 1.1.4 PN结及其单向导电性 1.1.1 什么是半导体 常用的半导体材料有: 元素半导体:硅(Si)、锗(Ge) 化合物半导体:砷化镓(GaAs) 掺杂材料:硼(B)、铟(In);磷(P)、锑(Sb)。 半导体的共价键结构 P型半导体中含有受主杂质,在常温下,受主杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子。 N型半导体中含有施主杂质,在常温下,施主杂质电离为带负电的电子和带正电的施主离子。 除此之外,P型和N型半导体中还有少数受本征激发产生的电子-空穴对,通常本征激发产生的载流子要比掺杂产生的载流子少得多。 1.2 半导体二极管 作 业 P28-1.3、1.4 例1-3 UZ = 12V ,IZM = 18mA,为保证管子不致烧坏,确定限流电阻? 解: 当电路中电流为 IZM 时,R两端的电压为US - UZ 因此,R的最小值应该是: ( US - UZ )/ IZM = 440 Ω 举例 1、光 电 二 极 管 光电二极管是有光照射时会产生电流的二极管。 其结构和普通的二极管基本相同 它利用光电导效应工作,PN结工作在反偏状态,当光照射在PN结上时,束缚电子获得光能变成自由电子,产生电子—空穴对,在外电场的作用下形成光电流。 D 应在反压 状态工作 2、发 光 二 极 管 发光二极管是将电能转换成光能的特殊半导体器件,它只有在加正向电压时才发光。 1.2.5 其他类型的二极管 半导体二极管的型号 国家标准对半导体器件型号的命名举例如下: 附 录 * 孙淑艳 sshy@ncepu.edn.cn 教五D-306内 课 程 介 绍 模拟电子技术 基本放大电路 集成运算放大器及其应用 波形发生电路 直流电源 数字电子技术 基本门电路 组合逻辑电路 触发器 时序逻辑电路 课 程 要 求 教学内容: 1、基本电子器件的特性及其应用 2、基本部件的工作原理 3、基本电路的分析 4、简单电路的设计 实验内容: 1、常用电子仪器的使用练习 2、基本放大电路测试 3、集成运算放大器的使用 4、数字电子电路测试 基本门电路、触发器、计数器、555定时器 第一章 半导体器件 1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 晶体管 1.4 场效应晶体管 ? 何谓半导体 物体分类 导体 如:金属 绝缘体 如:橡胶、云母、塑料等。 — 导电能力介于导体和绝缘体之间。 半导体 ? 半导体特性 掺入杂质则导电率增加几百倍 掺杂特性 半导体器件 温度增加使导电率大为增加 热敏特性 热敏器件 光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势 光敏特性 光敏器件 光电器件 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构 价电子是我们要研究的对象 硅晶体的空间排列 硅和锗都是四价元素,它们的原子结构外层电子(价电子)数均为4个,价电子受原子核的束缚力最小,决定其化学性质和导电性能 共价键表示两个共有价电子所形成的束缚作用。 为了保持原子的电中性,原子核用带圆圈的+4符号表示 T=0K 且无外界激发,只有束缚电子,没有自由电子,本征半导体相当于绝缘体;T=300K,本征激发,少量束缚电子摆脱共价键成为自由电子,这种现象称为本征激发。 1.1.2 本征半导体 本征半导体 完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度:99.9999999%,“九个9” 它在物理结构上呈单晶体形态。 常用的本征半导体 Si +14 2 8 4 Ge +32 2 8 18 4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 共价键内的电子 称为束缚电子 价带 导带 挣脱原子核束缚的 电子称为自由电子 价带中留下的 空位称为空穴 禁带EG 外电场E 自由电子定向移 动形成电子流 束缚电子填补空穴的 定向移动形成空穴流 本

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