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《低频电子线路》 山东大学 信息科学与工程学院 刘志军 回顾上节课 讲了两个问题 1、简要介绍放大器的基本知识 放大器及其模型 2、第一章 半导体与集成电路元件 半导体物理基础知识 回顾上节课 放大器的功能 放大器的类型 放大器的模型 电压放大器 电流放大器 放大器的性能指标 回顾上节课 半导体与集成电路元件 半导体物理基础知识 物质按导电性能分类 半导体三大特性 本征半导体 共价键结构 两种载流子的概念 载流子的产生 杂质半导体 半导体中的电流 本节课内容 介绍PN结及其特性 §1.2 PN结与半导体二极管 PN结是构成半导体器件的 核心结构。 PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体 结合处所形成的 特殊结构。 PN结是半导体器件的 心脏。 1.2.1 PN结的形成 PN结形成“三步曲” （1）多数载流子的 扩散运动。 （2）空间电荷区和少数载流子的 漂移运动。 （3）扩散运动与漂移运动的 动态平衡。 ------- 解释之 空间电荷区（耗尽层） PN结建立在在N型和P型半导体的结合处，由于扩散运动，失空穴和电子后形成不能移动的负离子和正离子状态，这个区域称为空间电荷区（耗尽层）。 PN结又称为 自建电场、 势垒区、 阻挡层。 PN结很窄（几个到几十个 ?m)。 PN结形成（图示） 耗尽层的特点 耗尽层的区域范围大小与掺杂浓度有关 对称结（PN） 非对称结（PN+ 或 P+N） 势垒区的形成（图示） 势垒区的作用 势垒区 使自由电子和空穴的扩散运动受阻（要爬一个高坡）。 自建电场 其中 VT = KT/q ， 热当量电压 当 T = 300K时， VT≈26mV 1.2.2 PN结的单向导电性 当外加电压时，PN结的结构将发生变化（空间电荷区的宽窄变化） 1、PN结外加正向电压 正向偏置 P接电源正，N接电源负 外电场与内电场方向相反（削弱内电场），使 PN结变窄。 扩散运动＞漂移运动。 称为“正向导通”。 PN结外加正向电压（图） 2、 PN结外加反向电压 反向偏置 P接电源负，N接电源正 外电场与内电场方向相同（增强内电场），使PN结变宽。 扩散运动＜漂移运动 称为“反向截止” PN结外加反向电压（图） 3、PN结电流方程 流过PN结的电流I 与外加电压V之间的关系为： I= IS（e qv/KT －1) = IS（e V/VT －1) 其中 VT= kT/q IS ------ 反向饱和电流 PN结伏安特性 由上式 I = IS（e V/VT －1） 当V为正时 I ≈ IS（e + V /VT ） PN结外加正电压时，流过电流为正电压的e指数关系。 当V为负时 I = IS（e －V/VT －1） ≈ － IS PN结外加负电压时流过电流为饱和漏电流。 PN结伏安特性 单向导电性 正向导通 反向截止 PN结伏安特性（图示） 1.2.3 PN结电阻特性和电容特性 PN结还存在 电阻特性 电容特性 1、 PN结电阻特性 两种电阻 （1）静态电阻（直流电阻） R = V/ I （2）动态电阻（交流电阻） r = △v / △I PN结电阻特性(图） PN结电阻特性 由图示，静态电阻和动态电阻均与工作点（Q点）有关 静态电阻（直流电阻）是工作点斜率的 割线。 动态电阻（交流电阻）是工作点斜率的 切线。 2、PN结电容特性 PN结呈现电容效应 有两种电容效应 势垒电容 扩散电容 （1）势垒电容 CT PN结外加反向偏置时，引起 空间电荷区体积的变化（相当电容的极板间距变化和电荷量的变化） CT = dQ/dv = CTO /(1 －V/Vr)n 其中 CTO ------外加电压 v=0 时的CT n ----- 系数（决定于材料的杂质分布，一般取 1/2~1/3）。 Vr---- --- PN结内建电压 势垒电容CT原理（图） （2）扩散电容 CD PN结外加正向偏置时，引起 扩散浓度梯度变化 出现的电容（电荷）效应。 扩散电容CD （图） 扩散电容CD CD = △Q / △V = (△Q n/ △V) + (△Qp/ △V) ≈ (△Q n/ △V) (对PN+结） ≈ (?n I / △VT)