模拟电路技术之基础知识

模电的特点就是知识点很多，细枝末节的，所以要尽可能列出所有知识点

文章目录

第一章半导体器件

1.半导体基础

本征半导体
杂质半导体
PN结

PN结的的电容效应

2.半导体二极管

第一章半导体器件

半导体介于导体与绝缘体之间
导体-低价元素
绝缘体-高价元素
半导体-硅（si），锗（Ge），四价元素

1.半导体基础

本征半导体

单质半导体材料是具有四价共价键晶体结构的硅Si和锗Ge。
导体能力介于导体与绝缘体之间
特性：光敏，热敏和掺杂特性。
本征半导体：纯净的，具有完整晶体结构的半导体。在一定温度下，本征半导体内最重要的物理现象是本征激发（又称热激发），产生两种带电性质向相反的载流子（空穴和自由电子对），温度越高，本征激发越强。
空穴是半导体中的一种等效+q的载流子。空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶体中空位，使局部显示+q的空位宏观定向运动。
在一定温度下，自由电子和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复合。当热激发和复合相等时，称为载流子处于动态平衡状态。

主要运动：扩散运动，复合运动
导电性能差，与温度密切相关

杂质半导体

在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。体现的是半导体的掺杂特性。

P(positive)型半导体：在本征半导体中掺入微量的3价元素如硼B（多子是空穴，少子是电子）
N(negative)型半导体：在本征半导体中掺入微凉的5价元素如磷P（多子是电子，少子是空穴）。

杂质半导体的特性

载流子的浓度：多子浓度决定杂质浓度，几乎与温度无关；少子浓度是温度的敏感函数。
体电阻：通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
在半导体中，存在因电场作用产生的载流子漂移电流（与金属导电一致），还能在因浓度差产生的扩散电流。

浓度差产生的电流称为扩散运动
电场力作用下，载流子的运动称为漂移运动。

PN结

在具有完整晶格的P型和N型半导体的物理界面附近，形成一个特殊的薄层（PN结）。
PN结中存在由N区指向P区的内建电场（因为多子的扩散使得不可移动的离子显性，P区是负离子，N区是正离子，所以内建电场由N区指向P区），阻止结外两区的多子的扩散，有利于少子的漂移。
PN结具有单向导电性：正偏导通，反偏截止，是构成半导体器件的核心器件。

正偏PN结（P+，N-）：具有随电压指数增大的电流，硅材料约为0.6-0.8V，锗材料约为0.2-0.3V。
反向PN结（P-，N+）：在击穿前，只有很小的反向饱和电流Is。

图中参数：
击穿电压UBR
反向饱和电流Is
开启电压Uon

若正向电压u>>UT(与误差要求有关)，则i=Is $e^{uT}$ (指数曲线)
若反向电压|u|>>UT,则i $\approx$ -Is(平行线)

T $\uparrow$ ->在电流不变的情况下管压降u $\downarrow$ ，反向Is $\uparrow$ Ubr $\uparrow$ ->正向特性左移，反向特性下移

PN结的伏安方程：
$i=Is(e^{\frac{qu}{kT}}-1)=Is(e^{\frac{u}{UT}}-1)（UT为温度的电压当量）$
$Is为反向饱和电流，q为电子的电量，k为玻尔兹曼常数$ $T为热力学温度，UT=\frac{kT}{q}，常温下UT=26mA（T=300k）$
$Si和Ge的参数对比$

材料	开启电压	导通电压	反向饱和电流
Si	0.5V	0.5~0.8V	1uA以下
Ge	0.7V	0.1~0.3V	几十uA

*导通电压非常量，不一定是0.7

PN结的的电容效应

势垒电容Cb：外加反向电压时，空间电荷区的电荷积累与释放。
扩散电容Cd：外加正向电压时，扩散运动的电荷的积累和释放。
结电容Cj=Cb+Cd
pn结所加频率如果高于一定值，将失去单向导电性