电子线路非线性部分第五版课件.ppt

第 一 章 晶 体 二 极 管 晶体二极管 结构示意图 典型的封装形式 N型半导体: 与温度T无关 与温度T有关 T升高, ni升高, p0升高, 当p0≈n0时, 杂质半导体变为 类似的本征半导体. P型半导体具有相似的性质. 少子浓度的温度敏感性是导致半导体器件温度特性 差的主要原因. 1.2.4 PN结的温度特性 温度升高，IS增大，温度每升高10℃， IS约增加一倍；PN结正偏时，虽然 随温度升高而减小，但不如IS随温度升高而增大得快，因而PN结的正向电流随温度升高而略有增大，与温度每升高1 ℃ ，Von约减少2.5mV等价。 2. 小信号电路模型 rj：增量结电阻或肖特基电阻 或 1.3.2 晶体二极管电路分析方法 一、图解分析法 采用图解法求解时，上述方程组的求解过程就是寻找上述两式所表示曲线的交点。 1. 直流分析 令?VDD=0，相应的?V和?I都为0，方程组简化为 下图中Q点即为方程组的解： 通常将管外电路方程所描绘的直线称为晶体二极管的负载线 2. 交流分析 在(VDD ＋?VDD)的作用下，管外电路方程代表的负载线是一组斜率为－1/R、且随?VDD变化而平行移动的直线。若设?VDD = Vmsin?t，负载线将随着?t的变化而平行移动，这些负载线和二极管伏安特性曲线的交点也呈现正弦变化，而交点对应的电压和电流就是?t取不同值时得到的二极管上的响应，即为所求。 * 1.1 半导体物理基础知识 半导体：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。 半导体的特点： 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。 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。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体的电阻率为10-3～10-9 ?*cm。 1.1.1 本征半导体 对于半导体中常用的硅和锗，它们原子的最外层电子都是4个，即有4个价电子。 一、 本征半导体 硅或锗晶体的四个价电子分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。如图所示 ： 它们称为单晶，是制造半导体的基本材料。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。 本征半导体——化学成分纯净的半导体。 二、 本征激发和复合 当导体处于热力学温度0 K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，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， 本征半导体的导电机理 自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。 本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 三、 热平衡载流子浓度 温度一定时，半导体中的本征激发和复合会在某一平衡载流子浓度值上达到动态平衡。 此时热平衡载流子浓度为: 1.1.2 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。成为杂质半导体 N 型半导体：掺入五价元素的杂质，可使晶体自由电子浓度大大增加，也称为（电子型半导体）。 P 型半导体：掺入三价元素的杂质，可使晶体空穴浓度大大增加，也称为（空穴型半导体）。 一、N 型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的 半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。 N 型半导体中的 自由电子浓度大 大增加，而空穴 浓度由于和自由 电子复合机会变 大，浓度反而