模拟电子讲义第一章 晶体二极管及应用电路一、半导体知识1．本征半导体·单质半导体材料是具有 4 价共价键晶体结构的硅（Si）和锗（Ge）（图 1-2）。前者是制造半导体 IC 的材料（三五价化合物砷化镓 GaAs 是微波毫米波半导体器件和 IC 的重要材料）。·纯净（纯度>7N）且具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。在一定的温度下，本征半导体内的最重要的物理现象是本征激发（又称热激发或产生）（图 1-3）。本征激发产生两种带电性质相反的载流子——自由电子和空穴对。温度越高，本征激发越强。·空穴是半导体中的一种等效 载流子。空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶格中的空位，使局部显示 电荷的空位宏观定向运动（图 1-4）。·在一定的温度下，自由电子与空穴在热运动中相遇，使一对自由电子和空穴消失的现象称为载流子复合。复合是产生的相反过程，当产生等于复合时，称载流子处于平衡状态。2．杂质半导体·在本征硅（或锗）中渗入微量 5 价（或 3 价）元素后形成 N 型（或 P 型）杂质半导体（N 型：图 1-5，P 型：图 1-6）。·在很低的温度下，N 型（P 型）半导体中的杂质会全部电离，产生自由电子和杂质正离子对（空穴和杂质负离子对）。·由于杂质电离，使 N 型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴，而 P 型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。·在常温下，多子>>少子（图 1-7）。多子浓度几乎等于杂质浓度，与温度无关；两少子浓度是温度的敏感函数。·在相同掺杂和常温下，Si 的少子浓度远小于 Ge 的少子浓度。3．半导体中的两种电流在半导体中存在因电场作用产生的载流子漂移电流（这与金属导电一致）；还存在因载流子浓度差而产生的扩散电流。4．PN 结·在具有完整晶格的 P 型和 N 型材料的物理界面附近，会形成一个特殊的薄层——PN 结（图 1-8）。·PN 结是非中性区（称空间电荷区），存在由 N 区指向 P 区的内建电场和内建电压；PN结内载流子数远少于结外的中性区（称耗尽层）；PN 结内的电场是阻止结外两区的多子越结扩散的（称势垒层或阻挡层）。·正偏 PN 结（P 区外接高于 N 区的电压）有随正偏电压指数增大的电流；反偏 PN 结（P区外接低于 N 区的电压），在使 PN 结击穿前，只有其值很小的反向饱和电流 。即 PN结有单向导电特性（正偏导通，反偏截止）。·PN 结的伏安方程为： ，其中，在 T=300K 时，热电压 mV。·非对称 PN 结有 结（P...
