模电基础知识(一)

一、常用半导体器件

1.1 本征半导体

• 纯净的半导体，具有晶体结构的半导体

  导电要靠自由电子，价电子是不导电的

1.2 载流子

承载导电作用的粒子

1.3 本征激发

• 定义：价电子脱离共价键束缚，产生自由电子和空穴

• 当外加电场以后，会造成空穴的相互移动

所以此时的载流子是空穴与自由电子

1.4 复合

定义：自由电子重新回到空穴
本征激发和复合的速度以及温度影响载流子的浓度
本征激发与复合是一种相互对应的运动

• 温度升高，载流子浓度升高，到达一个温度下，浓度趋向于不变

此时应该是一种动态平衡。
本征激发的速度与复合的速度一致

• 本征激发与温度有关，复合与载流子的浓度相关
• 杂质半导体

在本征半导体里面掺杂少量的杂质元素

1.5 N型半导体

目标是提高载流子浓度
掺入少量磷(5价元素)，某些位置被磷取代
掺入一个以后就会多出一个自由电子

这种半导体中含有两种载流子，但自由电子数目已经大大增多
自由电子是多数载流子，简称多子
空穴是少子
此时主要依靠的是自由电子，而自由电子带负电
负电英文表示为 negative
空穴是带正电的
磷原子贡献出了大量的自由电子，因此成为施主原子
温度对N型半导体的自由电子浓度影响不大，温度会对少子的影响大

1.6 P型半导体

指的是positive，即正电，那其中的多数载流子应该是带正电的空穴
所以此时掺入的是硼(3价)
会产生更多的空穴

1.7 PN结

• PN结的形成

扩散运动造成了PN结的形成
最后形成了中间的空间电荷区
空间电荷区也叫耗尽层，也叫阻挡层，也叫PN结
此时扩散运动还在进行
少子此时也在运动，称为漂移运动
在一定情况下，多子的扩散运动与少子的漂移运动达到动态平衡
现在左右相等，叫做对称结
当左右掺杂浓度不同的情况下，会形成不对称结

1.8 PN结单向导电性

• PN结外加正向电压的时候

外电场削弱内电场，使得扩散运动得以恢复，使电流迅速增大
图中电阻的作用就是限定通过的最大电流，不然会烧掉PN结，所以以后在使用二极管正向导通作用的时候一定记得加限流电阻

• PN结外加反向电压的时候

那么PN结会越来越厚，阻挡作用越来越强，相当于是截止的状态
实际上是存在一点电流的，因为漂移运动会加强，所以会有微安级的电流产生
这个电流对温度会比较敏感，这个电流称为反向饱和电流

• PN结的伏安特性曲线

正向特性: 有一个死区
反向特性: 锗管反向电流比硅管大，反向击穿电压
反向击穿分为两种:

• 雪崩击穿

当掺杂浓度比较低，并且外加电场较强的时候，PN结会比较长，此时耗尽层相当于一个粒子加速器，会把自由电子加速，导致自由电子损坏共价键，形成击穿。
温度越高，所需的击穿电压越高。(因为晶格振动会变大)

• 齐纳击穿

发生在掺杂浓度比较高的时候，PN结会比较窄，所以此时即使外加电场比较小，但场强也会比较大，此时价电子直接从共价键脱离束缚。
温度越高，齐纳击穿所需的电压越低。(此时价电子更活跃)

• PN结损坏是因为反向击穿引起的PN结温度升高。

但如果击穿以后，温度没有变高，达不到烧毁的状态，此时PN结工作在反向击穿状态，但要控制好不能发生二次热击穿
此时PN结在很大的电流变化范围内，电压保持不变，具有稳定电压的作用，做成稳压二极管

• 掺杂浓度与击穿电压的关系

通过控制掺杂浓度，来控制击穿电压。越稀薄，击穿电压越高，因为是雪崩击穿。越浓，击穿电压越低。所以可以得到不同的稳压二极管

• PN结的电流方程

Is : 反向饱和电流，受到多个因素影响。
UT : 温度当量，室温下为26mv
U : PN结上所加电压

一般锗管为0.2~0.3v，硅管为0.6~0.7v

• PN结的电容效应

称为势垒电容，但并不是一个线性的变化过程
所以，这里可以被用作为可变电容
扩散电容: 是由非平衡少子组成的