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

《電工電子學(xué) 教學(xué)課件 作者 林小玲 第1章 電路和電路元件（下）.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第一章電路和電路元件上海大學(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娦缘谝徽码娐泛碗娐吩?.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)晶體管半導(dǎo)體器件具有體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)、耗電少等特點(diǎn)，是組成各種電子電路的核心器件，在當(dāng)今的電子技術(shù)中占有主導(dǎo)地位。因此，了解半導(dǎo)體器件是學(xué)習(xí)電子技術(shù)的基礎(chǔ)?！?.4電子器件引　言GaAs-AlGaAs諧振腔發(fā)光二極管Ge二極管Si二極管1.4.1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)依照導(dǎo)電性能，可以

2、把媒質(zhì)分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體有良好的導(dǎo)電能力，常見(jiàn)的有銅、鋁等金屬材料；絕緣體基本上不能導(dǎo)電，常見(jiàn)的有玻璃、陶瓷等材料；半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，常見(jiàn)的有硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)等材料。媒質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會(huì)隨溫度、光照的變化或因摻入某些雜質(zhì)而發(fā)生顯著變化，這些特點(diǎn)決定了半導(dǎo)體在電子線(xiàn)路中的廣泛用途。銅導(dǎo)線(xiàn)(左上)、玻璃絕緣體(左下)和硅晶體(上)1.4.1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)-本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體指純單晶，理想化的?，F(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子

3、）都是四個(gè)。結(jié)構(gòu)：GeSiA、純B、單晶只有一種元素，沒(méi)有雜質(zhì)的東西（材料）常用Si溶化后結(jié)晶，晶體的形狀結(jié)構(gòu)相同。特征：通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成晶體。在硅和鍺晶體中，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子共價(jià)鍵：共價(jià)鍵就是相鄰兩個(gè)原子中的價(jià)電子為共用電子對(duì)而形成的相互作用力。硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱(chēng)為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)

4、電能力很弱。輻射方法加熱本征半導(dǎo)體導(dǎo)電性能比金屬導(dǎo)體差很多。但它具有熱敏、光敏的特性。如何導(dǎo)電？強(qiáng)能量的量子撞擊共價(jià)鍵?光照是一般采用的方法。分子振動(dòng)破壞結(jié)構(gòu)電子掉下來(lái)，引起自由電子——空穴動(dòng)畫(huà)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(kāi)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(chēng)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

5、為自由電子后在共價(jià)鍵中留下的空位，帶正電荷。（4）電子-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(chēng)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(chēng)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(chēng)為復(fù)合。結(jié)論一般來(lái)說(shuō)：本征半導(dǎo)體，在熱力學(xué)溫度T=0k（開(kāi)爾文）和沒(méi)有外界影響

6、如：光照、加熱、外加電場(chǎng)等的條件下，其價(jià)電子均被束縛在共價(jià)鍵中，不存在自由運(yùn)動(dòng)的電子，所以不帶電。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)動(dòng)方向相反，是因?yàn)樗鼈兯鶐У碾姾蓸O性也相反，所以?xún)煞N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。當(dāng)本征激發(fā)和復(fù)合處于平衡時(shí)，本征載流子的濃度為從上式可知，本征載流子濃度ni與溫度有關(guān)，能隨溫度升高而迅速增大，這一點(diǎn)在今后的學(xué)

7、習(xí)中非常重要。注意：ni的數(shù)值雖然很大，但它僅占原子密度很小的百分?jǐn)?shù)，比如：硅的原子密度為4.96×1022cm-3因此，nisi僅為它的三萬(wàn)億分之一，可見(jiàn)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力是很低的（本征硅的電阻率約為2.2×105Ωcm）。雜質(zhì)半導(dǎo)體：摻雜后的半導(dǎo)體，包括N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素(磷、砷、銻)等，每個(gè)雜質(zhì)原子(施主原子)提供一個(gè)自由電子，從而大量增加自由電子數(shù)量。P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素(硼、鋁、銦)等，每個(gè)雜質(zhì)原子(受主原子)提供一個(gè)空穴，從而大量增加空穴數(shù)量。N

8、型半導(dǎo)體中自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度，為多數(shù)載流子(多子)，空穴為少數(shù)載流子(少子)。P型半導(dǎo)體中空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度，為多數(shù)載流子(多子)，自由電子為少數(shù)載流子(少子)。+4+4+4+4+5+4+4+4+4自由電子+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)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的示