UPW1J681MHD6半导体器件是现代电子技术的重要组成部分,由于它具有体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小和功率转换效率高等优点而得到广泛的应用。

本章首先简单介绍半导体的基本知识,接着讨论半导体器件的基础――PN结,并重点讨论二极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数,以及二极管基本电路及其分析方法与应用;在此基础上,对齐纳二极管、变容二极管和光电子器件的特性与应用也作了简要的介绍。

多数现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半导体材料制造而成的。为了从电路的观点理解这些器件的性能,首先必须从物理的角度了解它们是如何工作的。这里着重从半导体材料的特殊物理性质以及这些性质对形成电子器件的伏安(v-i)特性的原理来讨论。在电子器件中,常用的半导体材料有:元素半导体,如硅(Si)、锗(Ge)等;化合物半导体,如砷化镓(GaAs)等。其中硅是目前最常用的一种半导体材料。半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体不同外,它还具有不同于其他物质的特点,例如,当半导体受到外界光和热的激励时,其导电能力将发生显著变化。又如在纯净的半导体中加人微量的杂质,其导电能力也会有显著的增加。为了理解这些特点,必须了解半导体的结构。

半导体的共价键结构,在电子器件中,用得最多的材料是硅和锗,下面重点讨论硅的物理结构和导电机制。硅的简化玻尔①原子模型如图3.1.1所示。这是因

为硅是四价元素,原子的最外层轨道上有4个电子,称为价电子。由于原子呈中性,故正离子芯(或正离子)用带圆圈的+4符号表示。半导体的导电性与价电子有关,因此,价电子是我们要研究的对象。从定性的角度来考虑,其他半导体的物理性能与硅材料类似。

半导体与金属和许多绝缘体一样,均具有晶体结构,它 原子结构简们的原子形成有序的排列,邻近原子之间由共价键连接,如  化模型图3,1.2所示。图中表示的是二维结构,实际上半导体晶体结构是三维的。

系Bohr的译称。

本征半导体是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。半导体的重要物理特性是它的电导率①,电导率与材料内单位体积中所含的电荷载流子的数目有关。电荷载流子的浓度愈高,其电导率愈高。半导体内载流子的浓度取决于许多因素,包括材料的基本性质、温度值以及杂质的存在。在r=oK和没有外界激发时,由于每一原子的外围电子被共价键所束缚,这些束缚电子对半导体内的传导电流没有贡献c但是,半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样紧。例如在室温(300K)下,被束缚的价电子就会获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键的束缚,成为自由电子。这些自由电子很容易在晶体内运动,如图3.1.3所示,这种现象称为本征激发。

由于热激发而产生的自由电子价,电子移动后而留下的空穴由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴-电子对电导率是电阻率的倒数,其量纲为s/m。

电路 (b)输人电压vi1、vi2的波形图,反相放大电路如图2.35莒所示,运放采用741,电源电压y+=+12Ⅴ,v-=-12Ⅴ,R1=10kΩ,R2=100kΩ。当oi=05sin2π×50彦(V)时, 绘出输ui、电压vi、输出电压%和输人电流jI的波形;当vi=1.5sin2π×50t(Ⅴ)时,绘出ui、uo的波形;作出该电路的传输特性vo=fui)。

电路如图题24.13a所示,设电路中R1=12kΩ,R2=5kΩ, C=4uF,反相输人端与输出端之间并联一电阻R3=1MΩ,运放采用LMⅡ。电容C的初始电压,c(0)=0,输入电压vI幅度为+5V~ˉ5V,占空比为50%,频率为10Hz的方波,如图题2~413b所示。试画出电压vo的波形;当R3=∞时,画出电压vo的波形。