线性部分 电子线路(模电)

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  • 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
        image

        • 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)
          image
      • 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

          image

        • 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

      • image

      • 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
        imageimage​​

    • 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,​image
    • 1.2.2 伏安特性

      • 和 PN 结伏安特性几乎一样

      • 一、伏安特性

        • image
        • 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

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