2、本征半导体中的两种载流子
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电子-空穴对的产生
自由电子——价电子因受 热而获得足够的能量挣脱 共价键的束缚。 空穴——失去价电子的原 子在该共价键上留下的空 位。
本征半导体由于受热而 产生电子-空穴对的现象 称为本征激发。
2.本征半导体中的两种载流子— 自由电子、空穴
课程名称：低频电子线路
理论课计划学时：64
课程类别：必修专业基础课 考核方式：闭卷考试
•教材
•推荐参考书
——Light Emitting Diode，
即发光二极管。
LED的优点：
1.光电转换效率高，所以节能； 2.响应时间短（毫秒级），用于车灯、信号灯方面比
较好； 3.产品不易破损，灯珠比较小，适用于狭小的空间； 4.不含普通日光灯内部的汞等有害物质。
模拟信号：具有连续性。 数字信号：具有离散性。 模拟电子线路又分为低频与高频两种频段。
教学目标
1. 掌握常用电子元器件和组件的外特性、 基本应用。
2.掌握模拟基本电子电路及其工作原理、 分析方法、应用。
3.掌握模拟电子电路的基本概念、基本分析 方法、基本实践技能。
4.了解简单电子系统的结构与应用。
电子技术的发展
（很大程度反映在电子元器件的发展上） •1947年 贝尔实验室制成第一只晶体管
电子技术的发展
•1958年 集成电路（第一片只有4晶体管） •1969年 大规模集成电路 •1975年 超大规模集成电路
有科学家预测，集成度还 将按10倍/6年的速度增长。
电子电路的分类
模拟电路 ：产生、处理模拟信号 数字电路 ：产生、处理数字信号
学习方法
本课程较抽象、入门难，实践性强，因此要: （1）树立信心； （2）巩固电路基础； （3）尽快适应新的学习方法（工程分析法）； （4）多看、多思、多练。要求预习、及时复习、
认真听课，独立并及时完成作业。
本课程主要内容
第1章 半导体二极管及其电路分析 第2章 半导体三极管及其电路分析 第3章 放大电路基础 第4章 负反馈放大电路 第5章 放大电路的频率响应
1、本征半导体的晶体结构
硅原子
锗原子
简化模型
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+14
+32
惯性核
价电子
1. 本征半导体的晶体结构
晶格——晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵。
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共价键结构
共价键——两个相
邻的原子共有一对价 电子（这对价电子不 但受本身原子核的吸 引，而且受相邻原子 核的吸引）。
一、PN结的形成
内建电位差——动态平衡时PN结两侧的电位差， 又称接触电位差，用UB表示，其大小与材料、掺
杂浓度和温度有关。
空间电荷区
P区
N区 ➢对称结——P型区和N型
区的掺杂浓度相等时产
生的。
内电场
UB
PN结的形成
➢不对称结——两边掺杂 浓度不等时，产生的。
图1.1.5有示。
二、PN结的单向导电性
本课程主要内容
第6章 模拟集成放大器的线性应用 第7章 集成模拟乘法器及其应用 第8章 信号发生电路 第9章 直流稳压源
第1章 半导体二极管及其电路分析 半 导 体 二 极 管
第1章 半导体二极管及其电路分析
主要内容：
1.1 半导体的基础知识 1.2 半导体二极管及其特性 1.3 二极管基本应用及其分析方法 1.4 特殊二极管（稳压管、发光管、
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+4
N型半导体示意图
电结构
2、P型半导体
——在本征半导体中，掺入微量的三价元素(如硼、 铝等)。
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空穴
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+3
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受主 原子
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P型半导体示意图
P型半导体中，空穴为 多子，自由电子为少子。
P—Positive 受主原子——起接受电 子的作用的杂质原子。 整个半导体呈电中性。
➢在一定的温度下，当外 加反向电压超过某个数
值后，反向电流将不 再随着外加反向电压 的增加而增大，故又 称为反向饱和电流 (Reverse Saturation
Current)，用IS表示。
二、PN结的单向导电性
3、PN结的伏安方程: iIS(eu/UT 1)
UT ——温度电压当量，常温情况下，U T ≈ 26mV。 ➢ 若u >>UT，有：
N型半导体示意图
在N型半导体中，自由电 子为多数载流子（简称多
子），空穴为少数载流子 （简称少子）。
N--Negative
施主原子——能释放出
电子的杂质原子。
整个半导体呈电中性。
1.1.2 杂质半导体 1.N型半导体
——在本征半导体中，掺入微量的五价元素。
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+4
+4
自由 电子
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+5
+4
施主 原子
1、PN结正向偏置时（P区接高电位，N区接低电 位，简称正偏）
空间电
荷区
P区
N区
内电场
I
外电场
+-
U
R
正向偏置时的PN结
➢ 正偏使空间电荷 区变窄，多子的 扩散大于少子的 漂移，形成正向 电流，其数值较
大，PN结呈现低 阻导通状态。
二、PN结的单向导电性
2、PN结反向偏置时（P区接低电位，N区接高电 位，简称反偏）
空间电荷区
P区
N区
内电场
I
外电场
- U + 反向偏置时的PN结 R
➢反偏使空间电荷区 变宽，多子的扩散 运动几乎停止，只 有少子的漂移运动 形成反向电流，其 数值很小。PN结呈 现高阻截止状态。
二、PN结的单向导电性
2、PN结反向偏置时
空间电荷区
P区
N区
内电场
I
外电场
- U + 反向偏置时的PN结 R
i ISeu/UT ——指数规律变化
➢ 若u < 0,且| u | >>UT，有：
i IS ——几乎不变
讨论题
P7: 1.1.1~1.1.3
补充题：
有人说：“因为N型半导体中的多子是 自由电子，所以它带负电。”这种说法 对吗？为什么？
般为高价元素或高分子物质，例如塑料、橡胶、 陶瓷等。
1.1 半导体的基础知识
半导体——导电性能介于导体和绝缘体之 间的物质。一般为四价元素，常用的有硅（Si）、锗
(Ge)、砷化镓(GaAs)等，其中硅应用最广。
单晶硅棒
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 本征半导体
本征半导体——纯净且晶格方向一致的半导体 晶体。
1.1.3 PN结及其单向导电性
一、PN结的形成
扩散运动——由于存在浓度差引起的载流子从浓 度高区域向浓度低区域的运动。
P区
N区载流子ຫໍສະໝຸດ 扩散一、PN结的形成PN结——空间电荷区（又称耗尽层）。
P区
空间电荷区
N区
内电场
内电场阻止多子的扩散运动（故空间电荷区又称为 阻挡层），但同时促使少数载流子产生漂移运动。
2、P型半导体
——在本征半导体中，掺入微量的三价元素。
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空穴
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受主 原子
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P型半导体示意图
电结构
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体的导电性能主要取决于多子浓度。 多子浓度主要由掺杂浓度决定，其值较大且稳定，
杂质半导体的导电性能得到显著改善。少子对杂质
半导体的导电性能也有影响，由于少子是由本征 激发产生的，其大小随温度的升高和光照而增大， 故半导体器件的性能对温度、光照敏感。
光电管、变容管）
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 本征半导体 1.1.2 杂质半导体 1.1.3 PN结及其单向导电性
1.1 半导体的基础知识
导体——很容易导电、电阻率很小的物质。 一般为低价元素，例如铜、铝、银等金属材料。
铜包铝电缆
1.1 半导体的基础知识
绝缘体——不导电、电阻率很大的物质。一
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空穴的移动
空穴是能够运动的，运动方向 与自由电子的运动方向相反。
能够运载电荷的粒子称为载 流子。空穴可看成是带正电 荷的粒子 。
复合——空穴被自由电子填入， 电子-空穴对消失的现象。
热平衡状态——在本征半导体中，本征激发产生 的电子-空穴对与复合的电子-空穴对数目相等时 的状态。
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+4
+4
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+4
电子-空穴对的产生
处于热平衡状态下的本 征半导体，其载流子的
浓度是一定的，并且自 由电子的浓度和空穴 的浓度相等。
1.1.2 杂质半导体
1. N型半导体