模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第章

半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)32.1PN結(jié)2.2場效應(yīng)晶體管32.5雙極型晶體管2.4晶體二極管32.3晶體管低頻小信號(hào)模型2.6第二章常用半導(dǎo)體器件原理1

本征半導(dǎo)體根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體：硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。半導(dǎo)體導(dǎo)電性能受溫度、光照和摻雜影響。2-1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體有良好的導(dǎo)通性對(duì)電信號(hào)起阻斷作用導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間2１、外層４個(gè)電子；２、共價(jià)?。窗雽?dǎo)體特性：半導(dǎo)體導(dǎo)電性能受

溫度、光照和摻雜影響。2-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)物質(zhì)的導(dǎo)電能力由物質(zhì)原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原子間的組合方式?jīng)Q定。3無自由電子受摻雜影響受光照影響受溫度影響半導(dǎo)體的導(dǎo)電特點(diǎn)硅晶體的空間排列共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖硅4晶體結(jié)構(gòu)完整化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體無雜質(zhì)純凈在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。2.1.1本征半導(dǎo)體2-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)單晶硅5一、半導(dǎo)體中的載流子１、熱力學(xué)溫度0K無外界激發(fā)2.1.1本征半導(dǎo)體2-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)62.1.1本征半導(dǎo)體2、熱力學(xué)300K室溫，產(chǎn)生自由電子一、半導(dǎo)體中的載流子光照激發(fā)(c)自由電子空穴本征激發(fā)7一、半導(dǎo)體中的載流子１、熱力學(xué)溫度0K無外界激發(fā)自由電子：價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電。2、熱力學(xué)300K室溫，產(chǎn)生自由電子空穴：價(jià)電子離開共價(jià)鍵后留下的空位稱為空穴。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。2.1.1本征半導(dǎo)體2-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)83、空穴的移動(dòng)（動(dòng)畫2-1）空穴在晶格中的移動(dòng)9本征情激發(fā)豪和復(fù)購合的芹過程（動(dòng)畫屆1-粗1）2.痕1.父1本征相半導(dǎo)挎體二、本征犯激發(fā)輩和復(fù)古合2貞-1菠半探導(dǎo)體小基礎(chǔ)膝知識(shí)10價(jià)電翠子獲得乳能量掙脫茅原子秤核的跟束縛撕，成飯為自紙由電勇子，革從而享可能滅參與脫導(dǎo)電葉。這耽一現(xiàn)夸象稱賭為本絨征激把發(fā)本征歇激發(fā)復(fù)合自由屆電子釋放捕能量而進(jìn)襲入有山空位間的共烈價(jià)鍵北，使栗自由電子學(xué)和空方穴成良對(duì)消足失這瞇一現(xiàn)景象稱權(quán)為復(fù)生合。在外嬸電場舟作用姨下電但子空汽穴對(duì)霉作定糟向運(yùn)斬動(dòng)形佳成的裂電流拘。漂移伍電流產(chǎn)生電子丑空穴杰對(duì)11導(dǎo)電徒性能暢發(fā)生淚變化N型半時(shí)導(dǎo)體(2辮)P型半壟導(dǎo)體2.犯1.殊2雜質(zhì)跳半導(dǎo)禮體在本副征半燒導(dǎo)體瓦中參專入雜質(zhì)的半仗導(dǎo)體傷稱雜質(zhì)辱的半其導(dǎo)體雜質(zhì)變主要慶是三移價(jià)或燃五價(jià)槽元素參入投少量獲五價(jià)栗元素參入未少量鞭三價(jià)棗元素2馳-1控半塔導(dǎo)體艱基礎(chǔ)間知識(shí)Te怨xtTe大xtTe拜xt參雜結(jié)果形成律兩種窗半導(dǎo)銳體材潮料12(1警）N型半劫導(dǎo)體在本供征半咐導(dǎo)體麗中摻校入五派價(jià)雜心質(zhì)元濃素（令例如腦磷）哨，可紡形成N型半弦導(dǎo)體,也稱電子甚型半榜導(dǎo)體。自由電子13(2勝)栗N搬型半威導(dǎo)體提供規(guī)自由但電子信的五沈價(jià)雜窩質(zhì)原須子因繞帶正逮電荷冊(cè)而成錢為正離滾子，因草此五素價(jià)雜冊(cè)質(zhì)原蘋子也銹稱為施主羊雜質(zhì)。本征激發(fā)參雜空穴本征激發(fā)自由計(jì)電子>>電子猴是多數(shù)射載流鋼子，主飯要由宿摻雜辨形成聞；空穴有是少數(shù)核載流蠢子，由聲熱激皆發(fā)形抱成。14(2圍)燈P巴型半籠導(dǎo)體在本盈征半找導(dǎo)體駛中摻堂入三籮價(jià)雜甜質(zhì)元南素（喬如硼詳、鎵貢、銦煎等）默形成倡了P型半爹導(dǎo)體，也稱失為空穴第型半步導(dǎo)體?？昭?5(2吸)懲P以型半聯(lián)導(dǎo)體空穴第很容鏈易俘饅獲電陸子，繼使雜氣質(zhì)原沖子成陷為負(fù)離欲子。三序價(jià)雜杠質(zhì)捆因而壘也稱砍為受主戶雜質(zhì)。本征激發(fā)參雜空穴本征激發(fā)自由饅電子>>空穴晨是多數(shù)插載流別子，主焦要由揀摻雜通形成負(fù)；電子帆是少數(shù)虹載流息子，由散熱激餓發(fā)形奏成。16本征T=3控00降K隙室溫裳下,效本征鵝硅的暈電子籮和空或穴濃悄度:n=p=1若.4跡×1銹010/c節(jié)m3摻雜Ad浩d們Yo應(yīng)ur司T男it啄le摻雜綁后縣N國型半呀導(dǎo)體扶中的晝自由截電子爪濃度季:n=p=1褲.4跑×1遣010/c另m3本征刷硅Ad出d飽Yo秀ur選T親it乖le本征塔硅的綁原子逼濃度伍:4.爹96頃×1足022/c污m32.飼1.新3凝雜質(zhì)孕對(duì)半堪導(dǎo)體歇導(dǎo)電嚴(yán)性的衣影響2咳-1劉半橫導(dǎo)體執(zhí)基礎(chǔ)沿知識(shí)典型粒的數(shù)經(jīng)據(jù)如勺下:172.廁1.仆4罩半導(dǎo)店體中靠的電魯流飄移鬼電流擴(kuò)散春電流在電府場作統(tǒng)用下勢，載毯流子變定向帳運(yùn)動(dòng)解形成盟的電榮流。電場派越強(qiáng)考，載校流子細(xì)濃度約越大譽(yù)飄移嘴電流追越強(qiáng)恥。由于卸載流倚子濃皮度不鋪均勻堂，從藝濃度犬大處贏向濃字度小每處擴(kuò)植散，碧形成伴擴(kuò)散歡電流參。擴(kuò)散終電流傻大小勾與濃秒度梯噸度有拒關(guān)。2惠-1貨半矩導(dǎo)體毒基礎(chǔ)籠知識(shí)182.鳥2政PN塑結(jié)2.早2.截1松P并N結(jié)盟的形古成2.捉2.適2專P排N結(jié)凡的單擊向?qū)ю堧娦?.急2.言3桃P腐N結(jié)吧的擊票穿特宋性2.貫2.籮4兇P秧N結(jié)凳的電崇容效別應(yīng)192.紀(jì)2.叨1壟P琴N結(jié)盤的形緞成N型半槳導(dǎo)體洞和P型半毅導(dǎo)體怎緊密勺結(jié)合頌在一輔起。色在N型半穴導(dǎo)體籍和P型半設(shè)導(dǎo)體嬌的結(jié)薦合面蜻上形衰成PN欣結(jié)。擴(kuò)散電流20內(nèi)電場隨著磨擴(kuò)散膀運(yùn)動(dòng)風(fēng)的進(jìn)狂行，在界丙面N區(qū)的游一側(cè)腦，雜地質(zhì)變湯成正過離子宿；在界黑面P區(qū)的啞一側(cè)違，雜曉質(zhì)變槍成負(fù)恒離子周。在N型和P型半拖導(dǎo)體潑界面大的N型區(qū)旅一側(cè)仍會(huì)形衫成正嶼離子位薄層閥；在N型和P型半祥導(dǎo)體靠界面博的P型區(qū)旬一側(cè)透會(huì)形窩成負(fù)蠢離子躁薄層散。這種賴離子廢薄層鄰會(huì)形爭成一巧個(gè)電敲場，抬方向倒是從N區(qū)指女向P區(qū)，裹稱為內(nèi)電駝場，21內(nèi)電教場的原出現(xiàn)露及內(nèi)那電場宴的方喊向會(huì)融對(duì)擴(kuò)駱散運(yùn)兇動(dòng)產(chǎn)倍生阻灘礙作步用，橋限制手了擴(kuò)尤散運(yùn)宵動(dòng)的辟進(jìn)一居步發(fā)趣展。職在半餡導(dǎo)體表中還田存在辯少子患，內(nèi)列電場讀的電奴場力疑會(huì)對(duì)鼻少子終產(chǎn)生肚作用氏，促速使少座數(shù)載割流子炕產(chǎn)生漂移具運(yùn)動(dòng)。內(nèi)電場漂移電流22內(nèi)電場擴(kuò)散電流漂移電流擴(kuò)散電流漂移電流最后田,多飛子的擴(kuò)散和少收子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)列平衡。對(duì)圈于P窩型半棕導(dǎo)體著和N渡型半阻導(dǎo)體敢結(jié)合今面，貞離子霜薄層加形成艷的空間胖電荷炸區(qū)稱為PN功結(jié)。在汽空間陳電荷拴區(qū)，桃由于賽缺少轉(zhuǎn)多子驕，所簡以也樂稱耗盡弄層。23在N型和P型半泥導(dǎo)體極的結(jié)摩合面丘上發(fā)每生物爹理過泛程總結(jié):因濃緒度差空間商電荷難區(qū)形該成內(nèi)療電場內(nèi)電黃場促谷使少顆子漂肝移內(nèi)電左場阻昌止多深子擴(kuò)行散最后游,多粉子的擴(kuò)散和少萌子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)致平衡。對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。多子節(jié)的擴(kuò)聽散運(yùn)丘動(dòng)由雜質(zhì)平離子劣形成裙空間名電荷拆區(qū)24濃度淺差擴(kuò)散將運(yùn)動(dòng)電荷根區(qū)電場阻止纏擴(kuò)散勺運(yùn)動(dòng)促使惠漂移壘運(yùn)動(dòng){25PN浪結(jié)最俘重要悶的特州性是獸單向陷導(dǎo)電承特性蓋，先撲看如嶺下實(shí)澤驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)：PN鏈結(jié)的坑導(dǎo)電借性。按授如下公方式排進(jìn)行樹PN昏結(jié)導(dǎo)份電性什的實(shí)盈驗(yàn)，帳因?yàn)樗N宴結(jié)加叨上封鞭裝外療殼和晨電極顫引線骨就是窄二極累管，攻所以鳳拿一酷個(gè)二犯極管陰來當(dāng)籃成P科N結(jié)洽。P友區(qū)為拒正極趙；N衡區(qū)為仁負(fù)極弦。對(duì)偶于圖薦示的覺實(shí)驗(yàn)老電路雞，（掛表示喊二極替管負(fù)約極的傭黑色辰圓環(huán)曲在右灰側(cè)。般此時(shí)縱發(fā)光性二極糖管導(dǎo)便通而歲發(fā)光苗。電源炊正極P味N發(fā)光乖二極場管發(fā)脆光PN箭結(jié)的呈單向繼導(dǎo)電收性26此時(shí)艦發(fā)光剃二極弊管不蟻發(fā)光青，說注明P械N結(jié)私不導(dǎo)袖電。諸這個(gè)造實(shí)驗(yàn)鞭說明眠PN描結(jié)（菜二極張管）誓具有才單向出導(dǎo)電苗性。N麻P發(fā)光涼二極句管熄屆滅PN天結(jié)具葛有單鹽向?qū)ь~電性犯，若P缺區(qū)的殲電位紐奉高于檢N區(qū)襪，電奶流從肚P區(qū)加流到思N區(qū)潛，P怕N結(jié)死呈低幟阻性虧，所凡以電殃流大保；若P串區(qū)的探電位閘低于冠N區(qū)強(qiáng)，電竄流從趕N區(qū)儉流到揮P區(qū)卡，P膀N結(jié)息呈高隔阻性咐，所臂以電忠流小凝。結(jié)論27當(dāng)外建加電游壓使PN結(jié)中P區(qū)的隙電位浸高于N區(qū)的城電位闖，稱侄為正向悅偏置，簡采稱正偏。當(dāng)外斷加電呢壓使PN結(jié)中P區(qū)的閃電位小低于N區(qū)的毀電位其，稱為反向歐偏置，簡稱反偏。定京義下面雅對(duì)P隔N結(jié)魔的單憶向?qū)觌娦岳M(jìn)行現(xiàn)解釋堆。282.驗(yàn)2.鎮(zhèn)2.心1戀P安N結(jié)閣加正奸向電宇壓時(shí)搭的導(dǎo)漠電情鳳況外電場外加劑的正向勉電壓有一芬部分耗降落集在PN結(jié)區(qū)罪，方呆向與PN結(jié)內(nèi)聞電場韻方向捉相反秩，削弱跪了內(nèi)膨電場。于胳是，巴內(nèi)電亡場對(duì)聞多數(shù)幫載流行子擴(kuò)劇散運(yùn)易動(dòng)的灑阻礙液減弱詢，擴(kuò)散違電流鬼加大。擴(kuò)晌散電羅流遠(yuǎn)篇大于弱漂移孫電流煉，可宴忽略嶼漂移受電流梨的影葡響，PN隨結(jié)呈濾現(xiàn)低費(fèi)阻性。內(nèi)電場內(nèi)電場IF292.根2.蠟2易PN慢結(jié)加鋪反向康電壓據(jù)時(shí)的圓導(dǎo)電崇情況PN疼結(jié)加喊反向盲電壓肅時(shí)，珍有一戴部分害降落鎖在P諸N結(jié)材區(qū)，理方向捆與P踢N結(jié)窯內(nèi)電勻場方甘向相銅同，活加強(qiáng)序了內(nèi)塊電場粗。內(nèi)電院場對(duì)跪多子題擴(kuò)散務(wù)運(yùn)動(dòng)超的阻抽礙增注強(qiáng)，俗擴(kuò)散廳電流途大大槐減小雞。此誓時(shí)P靠N結(jié)韻區(qū)的騾少子書在內(nèi)眼電場縣作用宿下形容成的漂移逢電流脈大于價(jià)擴(kuò)散炒電流，可駐忽略釋擴(kuò)散推電流葉，P戀N結(jié)唐呈現(xiàn)腔高阻射性。內(nèi)電場IS外電場在一亭定的撈溫度緒條件狐下，疤由本舅征激邪發(fā)決兩定的挽少子衫濃度培是一惜定的模，故距少子瀉形成千的漂齊移電深流是匹恒定染的，張基本淡上與鉛所加協(xié)反向雞電壓仗的大果小無姜關(guān)，雨這個(gè)救電流款也稱呀為反向取飽和蓮電流IS。內(nèi)電場30PN畫結(jié)加豈正向綱電壓箭時(shí)，披呈現(xiàn)忽低電建阻，胳具有辦較大坊的正水向擴(kuò)共散電鍵流；PN薪結(jié)加鑰反向堡電壓景時(shí)，遍呈現(xiàn)偵高電都阻，所具有管很小蘋的反掏向漂揚(yáng)移電積流。PN頌結(jié)具艦有單餐向?qū)觌娦?1其中PN結(jié)的伏安特性IS——舞反向慘飽和價(jià)電流VT——現(xiàn)溫度葵的電縱壓當(dāng)煎量且在雪常溫刃下（T=3五00婆K）2.廳2.佩2.夾3間P創(chuàng)N結(jié)衛(wèi)的I代-V漿方程PN塞結(jié)的佳電壓域和電悟流之既間的嘉關(guān)系播為：32PN朝結(jié)的眉伏安徹特性拳曲線沿如圖贊所示份。處于橫第一雜象限莫的是饅正向無伏安廚特性渣曲線綁，處于貍第三棵象限拆的是糾反向靠伏安擱特性嫁曲線酷。正向價(jià)偏置：U>愧0.漿1反向膜偏置：|u|產(chǎn)>0堪.133PN饞結(jié)的醫(yī)反向笑擊穿當(dāng)P老N結(jié)佛的反川向電栗壓增獨(dú)加到典一定臉數(shù)值議時(shí)，吃反向奪電流弊突然悼快速呼增加密，熱擊球穿—葵—不泊可逆雪崩擊穿齊納擊穿電擊穿——可逆此現(xiàn)揮象稱喇為P物N結(jié)勒的反向訴擊穿炸。342.孤2.座3徹P拳N結(jié)仿的擊棕穿特售性1、臉雪崩敵擊穿

PN結(jié)的反向電壓大于某一值()時(shí),反向電流突然劇增，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的擊穿發(fā)生濟(jì)擊穿躲所需抵的電艷壓稱讓為擊穿即電壓隸（UBR）低參棍雜、雄高電螞壓2、荷齊納稅擊穿高參犁雜、敗低電瓣壓351、膜雪崩匹擊穿反向電壓少子動(dòng)能少子速度碰撞共價(jià)鍵中電子產(chǎn)生自由電子電流劇增條件世：低參毀雜、血高電淡壓（耗盡衛(wèi)區(qū)寬精碰撞廳機(jī)會(huì)錯(cuò)多）對(duì)硅材料：362、是齊納燙擊穿條件品：高摻歸雜、育低電皆壓（耗盡宜區(qū)窄藝，低妄電壓乘產(chǎn)生存強(qiáng)電巴場）對(duì)硅材料：低電繳壓產(chǎn)生強(qiáng)搬電場產(chǎn)生空穴電子對(duì)電流劇增耗盡區(qū)窄拉出共價(jià)鍵中電子372.北2.菠4俗P滅N結(jié)侄的電謎容效悠應(yīng)PN柳結(jié)具頃有一種定的父電容先效應(yīng)塔，它終由兩早方面?zhèn)蔚囊驁?bào)素決飲定。一是草勢壘踐電容CB，二是是擴(kuò)散魯電容CD。38(1雅)潔勢劈燕壘電柏容CB勢壘宴電容代是由描空間眨電荷胞區(qū)的享離子據(jù)薄層版形成諷的。勢壘紫電容赤示意狀圖當(dāng)外蘇加電熟壓使蒙PN礙結(jié)上娃壓降課發(fā)生初變化匹時(shí)，飽離子悲薄層除的厚康度也張相應(yīng)壯地隨程之改震變，膝這相捏當(dāng)P貼N結(jié)廉中存休儲(chǔ)的蔽電荷靜量也叼隨之頭變化耗，猶群如電畜容的肺充放泥電。39(1獵)慰勢喝壘電偵容CB隨著頂外加悶電壓在的變像化離時(shí)子薄暈層的眾厚度釀的變陶化情妄況。外加反向電壓高外加正向電壓低u=0時(shí)的n：為變?nèi)葜笖?shù)為內(nèi)建電位差40擴(kuò)散雷電容停是由芹多子抽擴(kuò)散安后，從在P詢N結(jié)向的另攔一側(cè)道面積佳累而捆形成納的。(2沿)蔥擴(kuò)糠散電崖容CD反之仁，由帝P區(qū)也擴(kuò)散乖到N扣區(qū)的據(jù)空穴松，在漁N區(qū)歐內(nèi)也唇形成類什似的摘濃度憂梯度租分布絹曲線臺(tái)。PN乎結(jié)正療偏時(shí)門，纏由N窮區(qū)擴(kuò)嘉散到槍P區(qū)段的電答子，川與外