2022-2023学年高二物理竞赛课件：晶体二极管及其基本电路

晶体二极管及其基本电路 04 六月 2023 模拟电子技术 2 晶体二极管及其基本电路 （1）了解本征半导体、杂质半导体和PN结的形成及其特性。 （2）掌握晶体二极管的特性和主要参数。 （3）掌握普通二极管、稳压二极管构成的基本电路的组成、工作原理及分析方法。 04 六月 2023 模拟电子技术 3 第一章 晶体二极管及其基本电路 第二章 双极型晶体管及其放大 电路 第三章 场效应管及其基本电路 第五章 频率响应 第六章 反馈 第四章 集成运算放大器电路 第七章 模拟集成电路系统 第九章 功率电路及系统 第十章 正弦波振荡电路 第十一章 调制与解调 第3章 集成逻辑门电路 04 六月 2023 模拟电子技术 4 1-1 半导体物理基础知识 １-１-０ 概述 一、导体、绝缘体、半导体 1.导体(Conductor) ：σ>104s·cm-1 2.绝缘体(Insulator)：σ<10-10s·cm-1 3.半导体(Semiconductor) ：σ在10-9～103s·cm-1间 注 ：σ为电导率 如铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。 如二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。 如硅、锗、砷化镓、磷化铟、碳化镓等。 04 六月 2023 模拟电子技术 5 二、制造半导体器件的材料　 +14 2 8 4 硅原子（Silicon） 锗原子（Germanium） 图1 硅和锗原子结构图 半导体器件是导体、半导体和绝缘体的有机组合体。 +4 图1-1 硅和锗原子结构简化模型 惯性核(Inert Ionic Core) 价电子(Valence Electron) 半导体是构成当代微电子的基础材料。 +32 2 18 4 8 04 六月 2023 模拟电子技术 6 一 、半导体中的载流子 １-１-１ 本征半导体(Intrinsic Semiconductor) 纯净的半导体，称为本征半导体。 在绝对零度(-273℃)和没有外界影响时，所有价电子都被束缚在共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导电。晶体中无载流子。 载流子(Carrier)：获得运动能量的带电粒子。 04 六月 2023 模拟电子技术 7 二、本征载流子浓度 ni,pi分别表示自由电子(Free Electron)和空穴(Hole)的浓度(cm–3 )； A0为常数，Si(Ge):3.87(1.76)×1016cm-3·K-3/2； EG0为T=0K时的禁带宽度，Si(Ge):1.21(0.78)eV； k为波尔兹曼常数(8.63×10-6V/K)； 04 六月 2023 模拟电子技术 8 本征载流子浓度随温度升高近似按指数规律增大，所以半导体的导电性能对温度非常敏感。 室温下，本征半导体的导电能力很弱。 如：硅（Si) 原子密度为 载流子密度为 本征载流子浓度讨论 04 六月 2023 模拟电子技术 9 1-1-2 杂质半导体(Impurity Semiconductor ) 一、N型半导体（Negative type） 在本征硅（或锗）中，掺入少量的五价元素（磷、砷等），就得到N型半导体。室温时，几乎全部杂质原子都能提供一个自由电子。 多子(Majority)（多数载流子）：自由电子； 少子(Minority)（少数载流子）：空穴； 多子浓度 nn≈Nd（施主杂质浓度） 04 六月 2023 模拟电子技术 10 二、P型半导体（Positive type） 在本征硅（或锗）中，掺入少量的三价元素（硼、铝等），就得到P型半导体。室温时，几乎全部杂质原子都能提供一个空穴。 多子（多数载流子）：空穴； 少子（少数载流子）：自由电子； 多子浓度 pp≈Na（受主杂质浓度） 04 六月 2023 模拟电子技术 11 三、杂质半导体的载流子浓度 在热平衡下，两者之间有如下关系：多子浓度值与少子浓度值的乘积恒等于本征载流子浓度值ni的平方。 对N型半导体 对P型半导体 04 六月 2023 模拟电子技术 12 二、扩散电流(Diffusion Current) 扩散电流大小主要取决于该处载流子浓度差（即浓度梯度）。浓度差越大，扩散电流越大，而与该处的浓度值无关。 $