线性部分 电子线路（模电）

1.1.1 本征半导体

• 概念：导电能力导体绝缘体之间

• 本征半导体：具有晶体结构的半导体（单晶）

  • 本征半导体的晶体结构：外层四个电子，共价键
  • 价电子导不了电，导电靠载流子，粒子热运动，逃离共价键，留下空穴**（本征激发）自由电子导电**
  • 价电子依次填补空穴，空穴相对移动，也是载流子

• 两个载流子：自由电子和空穴，运动方向相反

• 复合：自由电子撞到空穴里面

  • 本征激发，复合，温度，决定载流子的浓度

• 载流子浓度：温度上升，本证激发加快，载流子浓度升高，达到一定程度复合激发平衡 ​​**和温度相关**

• 怎么提高导电性？：→ 可掺杂性

1.1.2 杂质半导体

• 概念：本征半导体掺入少量的杂质元素 提高载流子浓度

• N 型半导体：掺入磷（+5）

  • 某些位置四价被五价取代，剩下一个自由电子
  • 2 种载流子 自由电子是多数载流子，简称多子，空穴是少子
  • 带负电 Negative
  • 温度对 N 型半导体中的多子，影响不大，温度对少子影响大
  • 给半导体供应了载流子，称为施主原子

• P 型半导体：掺入硼（+3）

  • 掺一个多一个空穴

1.1.3 PN 结

• 一 PN 结的形成

  • P 型半导体和 N 型放一块
    1.扩散运动：浓度高向浓度低运动
    ​​

    • 载流子在空间电荷区消耗殆尽，阻挡自由电子和空穴，
      电场方向从 P←N

  • 2.空间电荷区：耗尽层 阻挡层 PN 结

  • 3.漂移运动：

    • 多子的扩散运动和少子的漂移运动达到动态平衡

  • 4.对称结：左右电荷区一样，掺杂浓度一样

    • 不对称结：浓度高的载，浓度低的宽

• 二、PN 结的单向导电性

  • 1.外加正向电压

    • P 区接正极，N 区接负极
    • 外电场削弱内电场作用，削弱空间电荷区，使得扩散运动得以恢复
      电阻：限流，防止 PN 结烧掉（使用二极管，考虑限流电阻的存在）
      ​​

  • 2.外加反向电压

    • PN 结加反向电压，从 N 到 P 时，耗尽层越来越大，截止

      ​​

    • 少子的漂移运动加强（电流几乎可以忽略）
      → 反向饱和电流

• 三、PN 结的电流方程

  • ​​

  • PN 结的 Shockley 方程，它是描述 PN 结电流与电压关系的经典模型。

    $$I=I_s\cdot \left(e^{\frac{V}{V_t}}-1\right)$$

    其中，

    • $I$ 是 PN 结的电流（单位：安培），
    • $I_s$ 是反向饱和电流（单位：安培），表示在零偏置时的少数载流子漂移电流，
    • $e$ 是自然对数的底数（约等于 2.71828），
    • $V$ 是 PN 结的电压（单位：伏特），正值表示正向偏置，负值表示反向偏置，
    • $V_t$ 是热电压，也称为热平衡电压或 Boltzmann 常数乘以温度（单位：伏特）。

    这个方程描述了 PN 结的电流与电压之间的指数关系，其中 $I_s$ 代表了在零偏置情况下的基本电流水平，$V_t$ 则代表了与温度相关的电压。

  • Ut：温度当量，室温 26mV

  • 导通电压：Ge：0.2V-0.3V Si：0.6-0.7

  • ps：e 的指数很大，减一几乎可以忽略不计
    ​​​​

• 四、PN 结的伏安特性

  • 1.正向特性：

  • 2.反向特性：反向饱和电流：Ge 比 Si 大

  • 3.反向击穿：

    • **掺杂浓度低：雪崩击穿：**场强足够大加速粒子，击毁共价键，产生更多自由电子，击穿 PN 结
      （温度越高，需要的击穿电压越高）
      温度越高，晶格结构震动越大，影响自由电子加速的行程
    • **掺杂浓度高：齐纳击穿：**场强很高，共价键直接断裂
      （温度越高，所需要的击穿电压越低）
      温度越高越容易拉出来
    • 反向击穿引起 PN 结温度升高，发热烧毁
    • 没发生二次击穿之前是可逆的 ​可通过掺杂浓度控制击穿电压

• 五、PN 结的电容效应

  • 1.势垒电容（可做可变电容）
  • 2.扩散电容

1.2 半导体二极管

• 1.2.1 常见结构

  • 点接触型，面接触型，平面型，​​

• 1.2.2 伏安特性

  • 和 PN 结伏安特性几乎一样

  • 一、伏安特性

    • ​​
    • 1.由于体电阻的存在，使得相同电压下电流比 PN 结小
    • 2.反向电流大一些

  • 二、温度对特性的影响

    • 1.温度升高

      • 正向特性左移，反向特性下移
      • 温度升高时，相同电压下温度高电流大
      • 室温每升高 1 度，正向压降 2.2mV，升高 10 度，反向电流增大一倍
      • 温度传感器