模拟电路笔记

第一讲 半导体

半导体的导电特性
热敏性:
光敏性:
掺杂性：在纯净的半导体中，掺入适量的杂质，会使半导体的导电能力有成百万倍的增长，使半导体获得了强大的生命力。

（一）本征半导体（Intrinsic Materials）
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体

共价键中的两个电子，称为价电子（valence electrons）

在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，这种现象称为复合。而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动。

本征激发和复合过程在一定温度下会达到动态平衡

半导体中将出现两部分电流
(1)自由电子作定向运动—电子电流
(2)价电子复合空穴—空穴电流

自由电子和空穴都称为载流子

注意：
(1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差；
(2) 温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。
温度对半导体器件性能影响很大。

（二） 杂质半导体（extrinsic material）

在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电
性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。

空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。

多数载流子（多子）：空穴
少数载流子（少子）：自由电子

掺杂五价元素后，自由电子数目大量增
加，自由电子导电成为这种半导体的主要
导电方式，称为电子半导体或N型半导体。
多数载流子（多子）：自由电子
少数载流子（少子）：空穴

杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电
性越强，实现导电性可控。

PN结

PN结：P型半导体和N型半导体交界面的特殊薄层

空间电荷区别名： 耗尽层、空间电荷区、势垒区等
扩散和漂移这一对相反的运动
最终达到动态平衡，空间电荷
区的厚度固定不变。

PN结的单向导电性

（1） PN 结加正向电压（正向偏置） P接正、 N接负

多子在外电场作用下定向移
动形成较大的正向电流。

PN 结加正向电压时：
正向电阻较小，处于导通状态

（2） PN 结加反向电压（反向偏置）
P接负、 N接正

少子在外电场作用下定向移
动，形成很小的反向电流。

PN 结加反向电压时：
反向电阻较大，处于截止状态。
温度越高少子的数目越多，
反向电流将随温度增加。

PN结的电容效应
1. 势垒电容Cb
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，犹如电容的充放电，其等效电容称为势
垒电容
势垒电容在反向偏置时显得更为重要。在PN结反偏时结电阻很大，Cb的作用不能忽视，特别是在高频时，它对电路有较大的影响。

1. 扩散电容
   PN结外加的正向电压变化时，在扩散过程中载流子的浓度及其
   梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
   
   Cd 是非线性电容，PN结正偏时，Cd较大，反偏时载流子数目很少，因此反偏时扩散电容数值很小。一般可以忽略。

结电容： Cj + Cb= Cd

正向偏置时，扩散电容起主要作用；
反向偏置时，势垒电容起主要作用；
势垒电容和扩散电容均是非线性电容；
在高频时，对电路有较大的影响；
若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性；

任何电子或电气系统都是对频率敏感的

基本概念：
半导体；
价电子和共价键；
本征激发；
杂质半导体；
载流子；
多子和少子；
N型和P型半导体；

知识要点：
PN结
（1）形成机理
（2）单向导电性
（3）多子扩散，少子漂移
（4）温度对反向电流的影响