模電（線性電子線路A）筆記1

第一章、半導體器件

1.1半導體的特性

        1.1.1本征半導體

        1.1.2雜質半導體

1.2半導體二極管

        1.2.1 PN結及其單向導電性

                （1）PN結中載流子的運動

                        電位壁壘

                （2）PN結的單向導電性

        1.2.2二極管的伏安特性二極管類型：

                理想二極管

第一章、半導體器件

1.1半導體的特性

半導體的主要特性：導電能力介于導體和絕緣體的一大類物質

• 導電性能由原子結構決定
• 價電子：最外層軌道上的電子

1.1.1本征半導體

定義：純淨的、不含雜質且具有晶體結構的半導體

• 自由電子：價電子克服共價鍵的束縛的電子
• 空穴：價電子變成自由電子後在共價鍵上留下的空位

空穴視為帶正電的載流子，自由電子帶負電

• 空穴運動：自由電子不斷移動填補空穴，内部是動态的，相當于正電荷在運動
• 載流子：
  • 帶負電的自由電子
  • 帶正電的空穴
• 在本征半導體中，自由電子和空穴總是成對出現的(兩種載流子濃度一樣)，稱為電子-空穴對
• 載流子濃度影響因素：
  • 半導體材料
  • 溫度

1.1.2雜質半導體

定義：在本征半導體中摻入某種特定的雜質

半導體	N型半導體	P型半導體
摻雜元素	5價（磷P）	3價（硼B）
多子	自由電子	空穴
少子	空穴	自由電子
雜質原子電性	正電（失去一個價電子）	負電（缺少一個價電子）

• 施主原子：可以提供電子的5價雜質原子
• 受主原子：可以産生多餘的空穴的3價雜質原子
• 多子濃度 決定于 摻入雜質濃度
• 少子濃度 決定于 溫度
• 雜質半導體總體來看是保持電中性的

1.2半導體二極管

1.2.1 PN結及其單向導電性

PN結：半導體一側摻雜成為P型半導體，另一側摻雜成為N型半導體，則在二者交界處形成一個PN結

（1）PN結中載流子的運動：

描述1：電子和空穴濃度相差懸殊（N型電子多，P型空穴多）

是以，N區中的電子要向P區擴散，P區的空穴要向N區擴散

當電子和空穴相遇時，發生複合而消失

于是，在交界面兩側形成一個由不能移動的正負離子組成的空間電荷區（耗盡層），即PN結

• 擴散前，P型區、N型區，從整體上來說都各自保持着電中性。
• 擴散後，複合運動破壞了他們的電中性（P區帶負電-空穴減少了，N區帶正電-自由電子減少了）
• P區和N區之間産生了一個電位差，稱為電位壁壘，是以，形成内電場（從正極N指向負極P）
• 内電場阻止多子繼續擴散，是以又稱它為阻擋層
• 内電場有利于少子運動（P區電子，N區空穴）

   圖1：https://pic.imgdb.cn/item/6130e40144eaada7398f21a4.jpg

• 擴散運動：多子
• 漂移運動：少子

• 擴散運動使空間電荷區寬度增大，漂移運動使空間電荷區寬度減小

最後，到達動态平衡時，PN結中總的電流=0，空間電荷區寬度也穩定

電位壁壘：

• 矽：0.6-0.8V
• 鍺：0.2-0.3V

（2）PN結的單向導電性

外電場接法	正向接法（正偏）	反向接法（反偏）
空間電荷區	變窄	變寬
電位壁壘	降低	升高
分析	利于多子擴散，不利于少子漂移	利于少子漂移，不利于多子擴散
電流大小	擴散電流>>漂移電流	漂移電流>擴散電流
外電場電流方向	正向電流（P到N）	反向電流（N到P）
PN結狀态	導通狀态（電流大）	截止狀态（電流很小）

外電流：正極流向負極；内電流（電子的移動方向）：負極流向正極

回路加電阻作用：防止回路電流過大

結論：PN結具有單向導電性

圖2：https://pic.imgdb.cn/item/6130e44744eaada7398fe710.jpg

1.2.2二極管的伏安特性

二極管類型：

• 二極管的材料
  • 矽二極管
  • 鍺二極管
• 管子的結構
  • 點接觸型：PN結面積小，電流小，電容小，可在高頻下工作，适用于檢波和小功率的整流電路
  • 面接觸型：PN結面積大，電流大，電容大，隻在低頻下工作，可用于整流電路
  • 開關型二極管，适用于在脈沖數字電路中作為開關管
  • 反向飽和電流Is
  • 反向擊穿電壓：大于Ubr

圖3：https://pic.imgdb.cn/item/6130e46944eaada739904e58.jpg

• 二極管方程：https://pic.imgdb.cn/item/6130e49244eaada73990c3fa.jpg
  • IS ：反向飽和電流
  • UT ：溫度的電壓當量
  • 在常溫(300 K)下，UT≈26mv

理想二極管

• 沒有死區電壓(正向)
• 沒有飽和電流(反向)