模拟电路第一章 常用半导体器件.doc

PAGE PAGE 21 模拟电子线路 教、学指导与习题详解 杨 凌 第1章 常用半导体器件 1.1 教 学 要 求 1.1.1 半导体物理基础知识 1、熟悉本征半导体、杂质半导体、施主杂质、受主杂质、多子、少子、漂移、扩散的概念； 2、熟悉PN结的形成机理和基本特性——单向导电性、击穿特性、电容效应。 1.1.2 晶体二极管 1、了解二极管的结构、分类、符号、主要参数； 2、熟悉二极管的几种模型表示——数学模型、曲线模型、简化电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合； 3、熟悉二极管电路的三种分析方法——图解法、简化分析法、小信号分析法。能熟练运用简化分析法分析各种功能电路； 4、了解几种特殊二极管的性能。 1.1.3 晶体三极管 1、了解三极管的结构、分类、符号、熟悉其主要参数及温度对参数的影响； 2、掌握三极管在放大状态下的电流分配关系； 3、熟悉三极管处在放大、饱和、截止三种工作状态下的条件及特点； 4、熟悉三极管的几种模型表示——数学模型、共射曲线模型、直流简化电路模型、小信号电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合； 5、熟悉三极管放大电路的三种分析方法——图解法、估算法、小信号等效电路分析法。能熟练运用估算法判断三极管的工作状态。 1.1.4 场效应管 1、了解场效应管的工作原理，理解场效应管中预夹断的概念； 2、熟悉场效应管的几种模型表示——数学模型、曲线模型、直流简化电路模型、小信号电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合； 3、熟悉放大状态下几种场效应管的外部工作条件； 4、熟悉场效应管与三极管之间的异同点； 1.2 基本概念和内容要点 1.1.1 半导体物理基础知识 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其导电能力随温度、光照或所掺杂质的不同而显著变化，特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型，因而半导体广泛应用于各种器件及集成电路的制造。 1、本征半导体 （1）高度提纯、几乎不含任何杂质的半导体称为本征半导体。 硅（Si）和锗（Ge）是常用的半导体材料，均属四价元素，原子序号分别为14和32，它们的原子最外层均有四个价电子，与相邻四个原子的价电子组成共价键。制造半导体器件的硅和锗材料被加工成单晶结构。图1.1（a）、（b）分别是硅、锗原子的简化模型和它们的晶体结构平面示意图。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 （b （b） （a） 图1.1 （2）本征激发 共价键中的价电子受激发获得能量并摆脱共价键的束缚而成为“自由电子”（简称电子），并在原共价键的位置上留下一个“空位”（称空穴），这一过程称为本征激发。 热、光、电磁辐射等均可导致本征激发，但热激发是半导体材料中产生本征激发的主要因素。 本征激发产生成对的电子和空穴。 （3）复合 电子被共价键俘获，造成电子—空穴对消失，这一现象称为复合。 （4）载流子 电子和空穴均是能够自由移动的带电粒子，称为载流子。可见，半导体中存在两种类型的载流子。 （5）热平衡载流子浓度 当温度一定时，半导体中本征激发和复合在某一热平衡载流子浓度值上达到动态平衡。该浓度值为： n ni =pi=AT3/2e－Eg0/2kT （1—1） 3.88 3.88×1016cm－3K－3/2 （Si） 1.76×1016cm－3K－3/2 （Ge） A = 1.21eV （Si） 0.785eV（Ge） Eg0(T=0K时的禁带宽度) = k（玻尔兹曼常数）= 8.63×10－5 eV /K ni、pi与T成指数关系，随温度升高而迅速增大。室温下（T=300K即27oC）， n ni≈ 1.5×1010 cm－3 （Si） 2.4×1013 cm－3 （Ge） ni的数值虽然很大，但它仅占原子密度（硅的原子密度为4.96×1022 cm－3）很小的百分数，故本征半导体的导电能力很弱（本征硅的电阻率约为2.2×105 Ω·cm）。 2、杂质半导体 在本征半导体中，掺入一定量的杂质元素，就成为杂质半导体。 （1）N型半导体（电子型半导体） 在本征半导体（硅或锗）中掺入五价施主杂质（如磷、砷）而成。其中多子是电 子，少子是空穴，还有不能自由移动（不参与导电）的正离子。 （2）P型半导体（空穴型半导体） 在本征半导体（硅或锗）中掺入三价受主杂质（如硼、铟）而成。其中多子是空 穴，少子是电子，还有不能自由移动（不参与导电）的负离子。 （3）杂质半导体中，多子的浓度取决于掺杂的多少，其值几乎与温度无关；且少量的掺杂便可导致载流子几个数量级的增加，故杂质半导体的导电能力显著增大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，少子浓度具有温度敏感