模擬電路基礎(chǔ)第一章

半導(dǎo)體材料及二極管概述

半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物體半導(dǎo)體材料：Si和GePN結(jié)二極管

形成過程伏安特性應(yīng)用電路幾種特殊的二極管1.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體－純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。晶格－在本征Si和Ge的單晶中，原子在空間形成排列整齊的空間點(diǎn)陣。

共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征激發(fā)本征半導(dǎo)體中的兩種載流子本征濃度1.共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵圖1.1單晶Si和Ge的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖

2.本征激發(fā)自由電子空穴

原子因失去一個(gè)價(jià)電子而帶正電，這個(gè)帶正電的“空位”叫空穴。本征激發(fā)

半導(dǎo)體在外界）熱或光或其他）激發(fā)下，產(chǎn)生自由電子空穴對的現(xiàn)象。圖1.2本征激發(fā)示意圖3.本征半導(dǎo)體中的兩種載流子

運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。導(dǎo)體導(dǎo)電只有一種載流子，即自由電子導(dǎo)電。

圖1.3電子與空穴的運(yùn)動(dòng)空穴導(dǎo)電：當(dāng)有電場作用時(shí)，價(jià)電子定向填補(bǔ)空位，使空位作相反方向的移動(dòng)，這與帶正電荷的粒子作定向運(yùn)動(dòng)的效果完全相同。為了區(qū)別于自由電子的運(yùn)動(dòng)，我們就把價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)虛擬為空穴運(yùn)動(dòng)（方向相反），認(rèn)為空穴是一種帶正電荷的載流子。4.本征濃度載流子復(fù)合：自由電子與空穴在熱運(yùn)動(dòng)中相遇，使自由電子空穴對消失的現(xiàn)象。載流子的動(dòng)態(tài)平衡：在一定溫度下，單位時(shí)間內(nèi)本征激發(fā)所產(chǎn)生地自由電子空穴對的數(shù)目與復(fù)合而消失的自由電子空穴對的數(shù)目相等，就達(dá)到了載流子的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，使本征半導(dǎo)體中載流子的濃度一定。本征載流子的濃度（1.1）1.2.2雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度1.N型半導(dǎo)體摻入少量的Ⅴ族元素（如磷、砷、銻等）后，形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體。多出一個(gè)價(jià)電子只能位于共價(jià)鍵之外，成為“自由電子”。

圖1.4N型半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)示意圖施主原子：雜質(zhì)原子施主離子：不能自由移動(dòng)不能參與導(dǎo)電。多數(shù)載流子（多子）：自由電子。少數(shù)載流子（少子）：空穴。整體呈電中性2.P型半導(dǎo)體摻入少量Ⅲ族元素（如繃、鋁和銦等）后形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體。共價(jià)鍵因缺少一個(gè)價(jià)電子而出現(xiàn)一個(gè)“空位”。

圖1.5P型半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)示意圖受主原子：雜質(zhì)原子受主離子：不能自由移動(dòng)不能參與導(dǎo)電。多數(shù)載流子（多子）：空穴。少數(shù)載流子（少子）：自由電子。整體呈電中性3.雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度

熱平衡條件下自由電子的濃度

熱平衡條件下空穴的濃度

本征濃度

（1.2）1.1.3半導(dǎo)體中的電流

漂移電流擴(kuò)散電流1.漂移電流在電場作用下，半導(dǎo)體中的載流子受電場力作宏觀定向漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流，稱為漂移電流。它類似于金屬導(dǎo)體內(nèi)的傳導(dǎo)電流。電子的漂移電流密度為--電子的遷移率,常數(shù)，表征電子在半導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)容易度的參數(shù)E是電場強(qiáng)度e--電子的電量n--電子的濃度（1.7）

而空穴順電場方向作定向運(yùn)動(dòng)，形成空穴電流，空穴的漂移電流密度為p--空穴的濃度是空穴的遷移率。和的方向是一致的，均為空穴流動(dòng)的方向。所以（1.8）因此，半導(dǎo)體中的總的漂移電流為兩者之和，即總的漂移電流密度其中式中是半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，與載流子濃度遷移率有關(guān)。（1.9）（1.10）（1.11）2.擴(kuò)散電流

因載流子濃度差而產(chǎn)生的載流子宏觀定向運(yùn)動(dòng)形成的電流。

半導(dǎo)體中某處的擴(kuò)散電流主要取決于該處載流子的濃度差（即濃度梯度），而與該處的濃度值無關(guān)。即擴(kuò)散電流與載流子在擴(kuò)散方向上的濃度梯度成正比，濃度差越大，擴(kuò)散電流也越大。圖1.6半導(dǎo)體中載流子的濃度分布

即:某處擴(kuò)散電流正比于濃度分布曲線上該點(diǎn)處的斜率和。

n(x)表示x處的電子濃度，p(x)表示x處的空穴濃度。由圖中的濃度分布曲線可知，該半導(dǎo)