1、模 拟 电 子 技 术第第 3章章 半导体二极管及其基本电路3.1 半导体的基础知识3.2 PN结的特殊二极管成及特性3.3 半导体二极管3.4 二极管基本电路及其分析方法3.5 特殊二极管模 拟 电 子 技 术3.1 半导体的基础知识 半导体的基础知识3.1.2 半导体的共价键结构3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用3.1.3 杂质半导体3.1.1 半导体材料模 拟 电 子 技 术3.1.1 半导体材料根据物质导电能力 (电阻率 )的不同，将物 质划分为 导体 、 绝缘体 和 半导体 。导体： 具有大量自由电荷，电流容易通过的物质。（一般金属都是导体）；绝缘体： 隔绝电流，使电流不能通过
2、的物质。（如：橡胶、塑料、陶瓷、油脂等）；半导体： 导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 典型的半导体有： 元素半导体（ 硅 Si和 锗 Ge等） ； 化合物半导体（ 砷化镓 GaAs等）。 模 拟 电 子 技 术半导体的特点 : 1.半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。2.半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。3.在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。目前用来制造电子器件的半导体材料主要是硅 (Si)、锗 (Ge)和砷化镓 (GaAs)等。它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，并且会随温度、光照或掺入某些杂质而发生显著变化。由半导体材料做成的器件具有
3、体积小、重量轻、寿命长、输入功率小和功率转换效率高等特点，所以广泛应用于现代技术当中。模 拟 电 子 技 术 3.1.2 半导体的共价键结构 要理解半导体材料的特性，就必须从半导体的原子结构谈起。与价电子密切相关，所以为了突出价电子的作用，我们采用图 31所示的简化原子结构模型。 图 31原子的简化模型(c)模 拟 电 子 技 术 在本征硅和锗的单晶中，原子按一定间隔排列成有规律的空间点阵 (称为晶格 )。由于原子间相距很近，价电子不仅受到自身原子核的约束，还要受到相邻原子核的吸引，使得每个价电子为相邻原子所共有，从而形成共价键。这样四个价电子与相邻的四个原子中的价电子分别组成四对共价键，依靠
4、共价键使晶体中的原子紧密地结合在一起。 图 33是单晶硅或锗的共价键结构平面示意图。共价键中的电子，由于受到其原子核的吸引，是不能在晶体中自由移动的，所以是束缚电子，不能参与导电。 模 拟 电 子 技 术图 32单晶硅和锗的共价键结构示意图 Si 2 8 4 Ge 2 8 18 4硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构晶体： 原子排列规则、有规律的物质。模 拟 电 子 技 术3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体 是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。如硅、锗单晶体。载流子 自由运动的带电粒子。共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。本征半导体中的载流子 自由电子和空穴 模 拟 电 子 技 术 （ 1）稳定 在绝对零度 (-273) 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。 （ 2）本征激发 当温度升高时，键内电子因热激发而获得能量。其中获得能量较大的一部分价电子，能够挣脱共价键的束缚离开原子而成为自由电子。 （ 3）空穴形成 与此同时在共价键内出现空位，如图 33所示。空穴出现是半导体和导体的重要区别。 模 拟 电 子 技 术图 33本征激发产生电子和空穴
