第一章半導體基礎知識信息工程學院電子技術基礎課程組半導體基礎知識§1.1電子技術發展簡史§1.2電子技術的應用§1.3電子電路及其工作信號計算機技術通信技術廣播電視產業汽車全時數字化電力電子技術。。。作業：課后進一步閱讀§1.1、§1.2熟悉Multisim10.0仿真環境§1.4半導體基礎知識§1.5PN結12/20/20192/12/20251.3電子電路及其工作信號電子系統各種形式的物理量傳感器各種伺服機構信號信號信號源電壓源：戴維寧(南)等效電路電流源：諾頓等效電路12/20/20192/12/2025電子系統系統：實現某種功能（行使某種職能）的相對獨立的事物整體。多個系統能夠構成更大、更復雜的系統。電子系統：完成信號的檢測、處理變換、傳輸以及產生對伺服機構的控制信號。分類：數字電子系統、模擬電子系統模擬電路的工作對象：模擬信號，在時間和數值上均連續的信號（電壓或電流）。12/20/20192/12/2025信號本質：各種信息的載體；電子系統中專指電信號理想的信號源：電壓源或電流源，不受負載變化的影響表達方式和特性：時域表達方式、頻域表達方式（頻譜圖）12/20/20192/12/2025信號的頻譜周期信號的傅里葉級數表達式(直流分量、基波分量、高次諧波分量)幅度頻譜相位頻譜非周期信號的頻譜（連續頻率函數形式）所有周期信號…；所有非周期信號…Nyquist-shannonsamplingtheorem:…AliasingNyquistcriterion

anti-aliasingfilter

12/20/20192/12/2025放大電路的原理框圖實際輸入信號決定信號源：電壓源、電流源所需輸出信號決定放大電路等效為：受控電流源、受控電壓源電路中的每一部分對前級而言相當于負載；對后級而言相當于信號源12/20/20192/12/2025放大電路基本知識四種基本類型及模型：

電壓放大電路、電流放大電路、互阻放大電路、互導放大電路。放大的本質：對能量的控制和轉換；是最基本的模擬信號處理功能，放大電路是構成其它模擬電路的基本組成單元。放大電路的原理框圖主要性能指標12/20/20192/12/2025電壓放大電路+-·VsIi·Rs??+-RiAVoVi··Ro??+-?Io·+-RL·VoRoRi電壓放大電路的基本模型1、輸入電阻Ri：2、輸出電阻Ro：信號源短路（保留內阻）、負載開路的情況下，在輸出端加測試電壓vt…；實驗的方法獲得Ro的值。Vi·3、增益：適用于：……12/20/20192/12/2025電流放大電路·IsIi·Rs??+-RiAisIi··???Io·+-RL·VoRoRi電流放大電路的基本模型1、輸入電阻Ri：2、輸出電阻Ro：信號源開路（保留內阻）、負載開路的情況下，在輸出端加測試電壓vt…Vi·3、增益：????Ro適用于：……12/20/20192/12/2025互阻放大電路RiAroIi··Ro??+-?Io·+-RL·VoRo互阻放大電路的基本模型1、輸入電阻Ri：2、輸出電阻Ro：信號源短路（保留內阻）、負載開路的情況下，在輸出端加測試電壓vt…3、增益：·IsRs??+-RiVi·??Ii·適用于：……12/20/20192/12/2025互導放大電路+-·VsIi·Rs??+-Ri???Io·+-RL·VoRoRiVi·互導放大電路的基本模型1、輸入電阻Ri：2、輸出電阻Ro：信號源短路（保留內阻）、負載開路的情況下，在輸出端加測試電壓vt…3、增益：AgsVi··??Ro適用于：……12/20/20192/12/2025放大電路的主要性能指標衡量品質優劣的標準；決定其使用范圍的依據。輸入電阻（對前級電路的等效負載）輸出電阻（對后級電路的等效信號源內阻）增益（放大倍數，表明放大電路的放大能力）頻率響應和帶寬以及信號的線性失真非線性失真12/20/20192/12/2025半導體基本知識1一、半導體材料種類元素半導體：硅（Si）、鍺（Ge）化合物半導體：砷化鎵（GaAs）本征激發摻雜特性二、半導體的共價鍵結構四價元素晶體結構+4+4+4+4+4+4+4+4+4價電子共價鍵導電性能：介于導體和絕緣體之間共價鍵束縛電子12/20/20192/12/2025半導體的基本知識2三、本征半導體、空穴及其導電作用本征半導體：完全純凈、結構完整的半導體晶體本征激發：本征半導體共價鍵中的束縛電子在外界能量（光、熱）的激發下,掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，同時在原來的位置留下空穴.+4+4+4+4+4+4+4+4+4復合：與本征激發相反的現象在一定溫度下，本征激發和復合同時進行，達到動態平衡。所以本征半導體中電子空穴對的濃度一定，與材料本身的特性以及環境有關。自由電子在運動過程中失去能量,與空穴相遇，使電子空穴成對消失，該現象稱為復合。12/20/20192/12/2025半導體基本知識3+4+4+4+4+4+4+4+4+4載流子：在外加電場作用下自由移動的自由電子和空穴（束縛電子）空穴導電導電機制小結：本征半導體在本征激發的作用下，自由電子、空穴成對出現；其導電性取決于外加能量：溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。12/20/20192/12/2025導電機制+4+4+4+4+4+4+4+4+4E自由電子空穴12/20/20192/12/2025半導體基本知識4四、雜質半導體在本征半導體中摻入某些微量雜質元素。用摻雜的方法來增加載流子的濃度。分類－－－－－－－－－－－－++++++++++++N（電子）型半導體P（空穴）型半導體少子濃度——與溫度有關多子濃度——與溫度無關12/20/20192/12/2025多數載流子——空穴P（空穴）型半導體

在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵、銦等。空穴硼原子硅原子受主離子空穴電子空穴對P型半導體－－－－－－－－－－－－少數載流子——自由電子12/20/20192/12/2025N（電子）型半導體在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，、銻砷等多余電子磷原子硅原子++++++++++++N型半導體施主離子自由電子電子空穴對多數載流子——自由電子少數載流子——空穴12/20/20192/12/2025PN結的形成及特性一、載流子的擴散和漂移三、PN結的單向導電性（外加電場打破動態平衡）四、PN結的伏安特性和電容效應(自學P17~18)二、PN結的形成（動態平衡）外加電場作用下載流子的定向（順/逆電場方向）移動——漂移運動/漂移電流載流子基于濃度差異和隨機熱運動速度的移動——擴散/擴散電流擴散電容勢壘電容載流子基于濃度差異和隨機熱運動速度的移動——擴散/擴散電流12/20/20192/12/2025PN結的形成1內電場E

因多子濃度差

形成內電場

多子的擴散

空間電荷區

阻止多子擴散，促使少子漂移PN結合空間電荷區多子擴散電流少子漂移電流耗盡層P型半導體N型半導體－－－－－－－++++－+++－+－－+++－+12/20/20192/12/2025少子飄移補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴散

又失去多子，耗盡層寬，E動態平衡：擴散電流＝漂移電流總電流＝0勢壘VO硅0.5V鍺0.1V對稱結與不對稱結；對于不對稱結，耗盡區主要伸向輕摻雜區一邊PN結的形成212/20/20192/12/2025PN結的單向導電性1(1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區，負極接N區

外電場的方向與內電場方向相反。

外電場削弱內電場→耗盡層變窄→擴散運動＞漂移運動→多子擴散形成正向電流IF正向電流forwardbiased

12/20/20192/12/2025(2)外加反向電壓

外電場的方向與內電場方向相同。

外電場加強內電場→耗盡層變寬→漂移運動＞擴散運動→少子漂移形成反向電流IRPNreversebiased

PN結的單向導電性212/20/20192/12/2025PN結的單向導電性（總結）3無外加電壓時，因PN結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流與自建內電場引起的漂移電流相等，處于動態的電平衡；PN結加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流，呈現低電阻，PN結導通；PN結加一定范圍內的反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現高電阻，PN結截止。由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。

在一定的溫度下，由本征激發產生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外