半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)課件

課程名稱：低頻電子線路理論課計(jì)劃學(xué)時(shí)：64

課程類別：必修專業(yè)基礎(chǔ)課考核方式：閉卷考試.課程名稱：低頻電子線路課程類別：必修專業(yè)基礎(chǔ)課.教材.教材.推薦參考書(shū).推薦參考書(shū).....LED的優(yōu)點(diǎn)：1.光電轉(zhuǎn)換效率高，所以節(jié)能；2.響應(yīng)時(shí)間短（毫秒級(jí)），用于車燈、信號(hào)燈方面比較好；3.產(chǎn)品不易破損，燈珠比較小，適用于狹小的空間；4.不含普通日光燈內(nèi)部的汞等有害物質(zhì)。——LightEmittingDiode，

即發(fā)光二極管。.LED的優(yōu)點(diǎn)：——LightEmittingDiod（很大程度反映在電子元器件的發(fā)展上）1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管電子技術(shù)的發(fā)展.（很大程度反映在電子元器件的發(fā)展上）1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室電子技術(shù)的發(fā)展有科學(xué)家預(yù)測(cè)，集成度還將按10倍/6年的速度增長(zhǎng)。1958年集成電路（第一片只有4晶體管）1969年大規(guī)模集成電路1975年超大規(guī)模集成電路.電子技術(shù)的發(fā)展有科學(xué)家預(yù)測(cè)，集成度還將按10倍/6年的..模擬電路數(shù)字電路：產(chǎn)生、處理模擬信號(hào)：產(chǎn)生、處理數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：具有連續(xù)性。電子電路的分類數(shù)字信號(hào)：具有離散性。模擬電子線路又分為低頻與高頻兩種頻段。.模擬電路數(shù)字電路：產(chǎn)生、處理模擬信號(hào)：產(chǎn)生、處理數(shù)字信號(hào)模擬

1.掌握常用電子元器件和組件的外特性、基本應(yīng)用。2.掌握模擬基本電子電路及其工作原理、分析方法、應(yīng)用。

3.掌握模擬電子電路的基本概念、基本分析方法、基本實(shí)踐技能。

4.了解簡(jiǎn)單電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用。教學(xué)目標(biāo).1.掌握常用電子元器件和組件的外特性、基本應(yīng)用。本課程較抽象、入門難，實(shí)踐性強(qiáng)，因此要:（1）樹(shù)立信心；（2）鞏固電路基礎(chǔ)；（3）盡快適應(yīng)新的學(xué)習(xí)方法（工程分析法）；（4）多看、多思、多練。要求預(yù)習(xí)、及時(shí)復(fù)習(xí)、認(rèn)真聽(tīng)課，獨(dú)立并及時(shí)完成作業(yè)。學(xué)習(xí)方法.本課程較抽象、入門難，實(shí)踐性強(qiáng)，因此要:學(xué)習(xí)方法.本課程主要內(nèi)容

第1章半導(dǎo)體二極管及其電路分析

第2章半導(dǎo)體三極管及其電路分析

第3章放大電路基礎(chǔ)

第4章負(fù)反饋放大電路

第5章放大電路的頻率響應(yīng).本課程主要內(nèi)容第1章半導(dǎo)體二極管及其電路分析.本課程主要內(nèi)容

第6章模擬集成放大器的線性應(yīng)用

第7章集成模擬乘法器及其應(yīng)用

第8章信號(hào)發(fā)生電路

第9章直流穩(wěn)壓源.本課程主要內(nèi)容第6章模擬集成放大器的線性應(yīng)用.第1章半導(dǎo)體二極管及其電路分析半導(dǎo)體二極管.第1章半導(dǎo)體二極管及其電路分析半導(dǎo)體二極管.主要內(nèi)容：1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管及其特性1.3

二極管基本應(yīng)用及其分析方法1.4特殊二極管（穩(wěn)壓管、發(fā)光管、光電管、變?nèi)莨埽┑?章半導(dǎo)體二極管及其電路分析.主要內(nèi)容：第1章半導(dǎo)體二極管及其電路分析.1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1

本征半導(dǎo)體1.1.2

雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體.1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)體——很容易導(dǎo)電、電阻率很小的物質(zhì)。一般為低價(jià)元素，例如銅、鋁、銀等金屬材料。銅包鋁電纜.1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)體——很容易導(dǎo)電、電阻率很小的1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)絕緣體——不導(dǎo)電、電阻率很大的物質(zhì)。一般為高價(jià)元素或高分子物質(zhì)，例如塑料、橡膠、陶瓷等。.1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)絕緣體——不導(dǎo)電、電阻率很大的物1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體——導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。一般為四價(jià)元素，常用的有硅（Si）、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)等，其中硅應(yīng)用最廣。單晶硅棒.1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體——導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣..1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——純凈且晶格方向一致的半導(dǎo)體晶體。

1、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)硅原子鍺原子簡(jiǎn)化模型慣性核價(jià)電子.1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體硅原子鍺原子簡(jiǎn)1.本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)晶格——晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣。共價(jià)鍵——兩個(gè)相鄰的原子共有一對(duì)價(jià)電子（這對(duì)價(jià)電子不但受本身原子核的吸引，而且受相鄰原子核的吸引）。.1.本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵——兩個(gè)相鄰的原子共有一對(duì)價(jià)2、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子自由電子——價(jià)電子因受熱而獲得足夠的能量掙脫共價(jià)鍵的束縛。空穴——失去價(jià)電子的原子在該共價(jià)鍵上留下的空位。本征半導(dǎo)體由于受熱而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。.2、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子自由電子——價(jià)電子因受熱而獲得足2.本征半導(dǎo)體中的兩種載流子—

自由電子、空穴空穴是能夠運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)方向與自由電子的運(yùn)動(dòng)方向相反。能夠運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子?？昭煽闯墒菐д姾傻牧Ｗ印?fù)合——空穴被自由電子填入，電子-空穴對(duì)消失的現(xiàn)象。.2.本征半導(dǎo)體中的兩種載流子—自由電子、空穴空穴是能夠運(yùn)動(dòng)熱平衡狀態(tài)——在本征半導(dǎo)體中，本征激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)與復(fù)合的電子-空穴對(duì)數(shù)目相等時(shí)的狀態(tài)。

處于熱平衡狀態(tài)下的本征半導(dǎo)體，其載流子的濃度是一定的，并且自由電子的濃度和空穴的濃度相等。

.熱平衡狀態(tài)——在本征半導(dǎo)體中，本征激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)與復(fù)1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N型半導(dǎo)體——在本征半導(dǎo)體中，摻入微量的五價(jià)元素(如磷、砷等)。在N型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子），空穴為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子）。

N--Negative

施主原子——能釋放出電子的雜質(zhì)原子。整個(gè)半導(dǎo)體呈電中性。.1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在N型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流子（1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N型半導(dǎo)體——在本征半導(dǎo)體中，摻入微量的五價(jià)元素。電結(jié)構(gòu).1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體電結(jié)構(gòu).2、P型半導(dǎo)體——在本征半導(dǎo)體中，摻入微量的三價(jià)元素(如硼、鋁等)。P型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子。

P—Positive受主原子——起接受電子的作用的雜質(zhì)原子。整個(gè)半導(dǎo)體呈電中性。

.2、P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子。.2、P型半導(dǎo)體——在本征半導(dǎo)體中，摻入微量的三價(jià)元素。電結(jié)構(gòu).2、P型半導(dǎo)體電結(jié)構(gòu).1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體

雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能主要取決于多子濃度。多子濃度主要由摻雜濃度決定，其值較大且穩(wěn)定，雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能得到顯著改善。少子對(duì)雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也有影響，由于少子是由本征激發(fā)產(chǎn)生的，其大小隨溫度的升高和光照而增大，故半導(dǎo)體器件的性能對(duì)溫度、光照敏感。.1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能主要取決于多1.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦砸?、PN結(jié)的形成擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)——由于存在濃度差引起的載流子從濃度高區(qū)域向濃度低區(qū)域的運(yùn)動(dòng)。

P區(qū)N區(qū).1.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦砸弧N結(jié)的形成P區(qū)N區(qū).一、PN結(jié)的形成

PN結(jié)——空間電荷區(qū)（又稱耗盡層）。內(nèi)電場(chǎng)阻止多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（故空間電荷區(qū)又稱為阻擋層），但同時(shí)促使少數(shù)載流子產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。.一、PN結(jié)的形成內(nèi)電場(chǎng)阻止多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（故空間電荷區(qū)又稱為一、PN結(jié)的形成內(nèi)建電位差——?jiǎng)討B(tài)平衡時(shí)PN結(jié)兩側(cè)的電位差，又稱接觸電位差，用UB表示，其大小與材料、摻雜濃度和溫度有關(guān)。

對(duì)稱結(jié)——P型區(qū)和N型區(qū)的摻雜濃度相等時(shí)產(chǎn)生的。不對(duì)稱結(jié)——兩邊摻雜濃度不等時(shí)，產(chǎn)生的。

圖1.1.5有示。

.一、PN結(jié)的形成對(duì)稱結(jié)——P型區(qū)和N型區(qū)的摻雜濃度相等時(shí)產(chǎn)生二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、PN結(jié)正向偏置時(shí)（P區(qū)接高電位，N區(qū)接低電位，簡(jiǎn)稱正偏）

正偏使空間電荷區(qū)變窄，多子的擴(kuò)散大于少子的漂移，形成正向電流，其數(shù)值較大，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻導(dǎo)通狀態(tài)。.二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦哉箍臻g電荷區(qū)變窄，多子的擴(kuò)散大于二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

2、PN結(jié)反向偏置時(shí)（P區(qū)接低電位，N區(qū)接高電位，簡(jiǎn)稱反偏）反偏使空間電荷區(qū)變寬，多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)幾乎停止，只有少子的漂移運(yùn)動(dòng)形成反向電流，其數(shù)值很小。PN結(jié)呈現(xiàn)高阻截止?fàn)顟B(tài)。.二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦苑雌箍臻g電荷區(qū)變寬，多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)幾在一定的溫度下，當(dāng)外加反向電壓超過(guò)某個(gè)數(shù)值后，反向電流將不再隨著外加反向電壓的增加而增大，故又稱為反向飽和電流(ReverseSaturationCurrent)，用IS表示。

二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、PN結(jié)反向偏置時(shí).在一定的溫度下，當(dāng)外加反向電壓超過(guò)某個(gè)數(shù)值后，反向電流將不再U

T

——溫度電壓當(dāng)量，常溫情況下，U

T

≈26mV。

若u

<0,且|u|

>>U

T