電工電子學(xué) 第2版 教學(xué)課件 作者 林小玲第1章 電路和電路元件 下 .ppt

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1、第1章電路和電路元件(電子器件）上海大學(xué)自動(dòng)化系林小玲§1.4電子器件§1.4.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性§1.4.2雜質(zhì)半導(dǎo)體§1.4.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦缘?章電路和電路元件§1.4.4半導(dǎo)體二極管§1.4.5雙極型晶體管§1.4.6絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管§1.4.7半導(dǎo)體光電器件電子器件——主要由半導(dǎo)體器件組合構(gòu)成§1.4電子器件半導(dǎo)體器件——體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)、耗電少了解半導(dǎo)體器件是學(xué)習(xí)電子技術(shù)的基礎(chǔ)。1.4.1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)體-電阻率低，有良好的導(dǎo)電能力（如：銅、鋁等金屬）絕緣體-電阻率大于1014Ω，基本上不能導(dǎo)電，（如：玻璃、陶瓷等）半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和

2、絕緣體之間，（如：硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)等）銅導(dǎo)線(左上)、玻璃絕緣體(左下)和硅晶體(上)半導(dǎo)體材料的特性熱敏特性：導(dǎo)電能力對(duì)溫度變化反應(yīng)靈敏，可以制成各種半導(dǎo)體熱敏元件。光敏特性：導(dǎo)電能力對(duì)光照敏感，光照可使半導(dǎo)體的電阻率顯著減小，可以制成各種光敏元件。摻雜特性：純凈的半導(dǎo)體中加入微量雜質(zhì)，其電阻率會(huì)發(fā)生很大變化，導(dǎo)電能力可增加幾十萬(wàn)乃至幾百萬(wàn)倍。完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子。SiSiSiSi價(jià)電子1.4.1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)-本征半導(dǎo)體動(dòng)畫SiSiSiSi價(jià)

3、電子價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭囟扔撸w中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流(1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng)?電子電流(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴?空穴電流注意：(1)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差；(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體

4、的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。幾個(gè)概念（1）本征激發(fā)：當(dāng)本征半導(dǎo)體的溫度升高或受到光照時(shí)，某些共價(jià)鍵中的價(jià)電子從外界獲得能量而掙脫共價(jià)鍵的束縛，離開原子而成為自由電子的同時(shí)，在共價(jià)鍵中會(huì)留下數(shù)量相同的空位子→空穴。這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。本征激發(fā)形成:電子-空穴對(duì)（2）自由電子：價(jià)電子獲得外部能量后掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，帶負(fù)電荷。（3）空穴：價(jià)電子成為自由電子后在共價(jià)鍵中留下的空位，帶正電荷。（4）電

5、子-空穴對(duì)：本征激發(fā)形成電子-空穴對(duì)。（5）漂移電流：自由電子在電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)形成的電流稱為漂移電流。（6）空穴電流：空穴在電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)形成的電流稱為空穴電流。因?yàn)橄鄬?duì)于電子電流，價(jià)電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于帶正電荷的空穴在與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)相反的方向運(yùn)動(dòng)，因而空穴相對(duì)來(lái)說(shuō)帶正電荷，故其運(yùn)動(dòng)形成空穴電流。（7）復(fù)合：自由電子在熱運(yùn)動(dòng)過(guò)程中和空穴相遇而釋放能量，造成電子-空穴對(duì)消失，這一過(guò)程稱為復(fù)合。在半導(dǎo)體中存在兩種載流子（運(yùn)動(dòng)電荷的載體）即：自由電子→→帶負(fù)電；空穴→→帶正電。在電場(chǎng)作用下，電子的運(yùn)動(dòng)將形成電子電流，而空穴的運(yùn)動(dòng)則形成空穴電流，在同一電場(chǎng)作用下，兩種載流子的運(yùn)

6、動(dòng)方向相反，但因?yàn)樗鼈兯鶐У碾姾蓸O性也相反，所以兩種電流的實(shí)際方向是相同的。電子電流與空穴電流的總和即半導(dǎo)體中的電流。本征半導(dǎo)體導(dǎo)電特性小結(jié)在絕對(duì)零度時(shí)不導(dǎo)電溫度↑——價(jià)電子獲能量自由電子空穴→本征激發(fā)自由電子，空穴——載流子溫度↑——載流子濃度↑——導(dǎo)電能力↑自由電子釋放能量跳回共價(jià)鍵——復(fù)合雜質(zhì)半導(dǎo)體：摻雜后的半導(dǎo)體+4+4+4+4+3+4+4+4+4空穴§1.4.2半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)-雜質(zhì)半導(dǎo)體1、P型半導(dǎo)體形成：向本征半導(dǎo)體中滲入少量的3價(jià)元素特點(diǎn)：（1）含有大量的空穴——空穴是多數(shù)載流子（2）含有少量的電子——電子是少數(shù)載流子摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)

7、體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素SiSiSiSi在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴2、N型半導(dǎo)體形成：向本征半導(dǎo)體中滲入少量的5價(jià)元素特點(diǎn)：（1）含有大量的電子——電子是多數(shù)載流子（2）含有少量的空穴——空穴是少數(shù)載流子+4+4+4+4+5+4+4+4+4自由電子摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素SiSiSiSip+多余電子