原创 第一章半导体材料及二极管

学习目标：
    理解本征浓度，N型和P型材料及漂移电流和扩散电流的概念。
    利用理想二极管特性曲线分析简单的二极管电路，能够利用迭代法。
    利用分段线性模型分析二极管电路。
    利用小信号等效电路确定二极管的小信号特性。
    了解太阳能电池、发光二极管、肖特基二极管和齐纳二极管的一般特性。

1. 为了摆脱共价键的束缚，价电子必须获得的最小能量E_g称为禁带宽度。
        禁带宽度在3~6eV之间的物质属于绝缘体。在半导体中，禁带宽度在1eV左右。
   本征半导体：纯净的单晶半导体。
        在本征半导体中，自由电子和空穴的浓度相等。本征半导体中自由电子或空穴浓度：式中：B是半导体常数，T是温度(K)，E_g是禁带宽度(eV)，k为玻儿兹曼常数(9.6x10^-5eV/K)。

2. 半导体中自由电子和空穴运动过程的两种基本形式：(1)漂移，一种由电场引起的载流子移动；(2)扩散，由于浓度不同，即浓度梯度引起的载流子运动。
    电子漂移产生的漂移电流密度(A/cm²)：J_n=env_dn=-en(μ_nE)=enμ_nE
    空穴漂移产生的漂移电流密度(A/cm²)：J_n=epv_dp=-ep(μ_pE)=epμ_pE
    总漂移电流密度为：J=enμ_nE+epμ_pE=σE，其中σ=enμ_n+epμ_p

3. PN结的内建电压或内建电场：；式中V_T为热力学电压，T=300K时V_T=0.026V

4. PN结加反偏压时，空间电荷区的正负电荷会产生电容效应。这个电容称为结电容或耗尽层电容：；C_jo是外加电压为0时的结电容。(该特性可用来实现变容二极管)

5. 理想电流-电压关系：；I_S为反向饱和电流，n为发射系数(1≤n≤2)。

相关术语：
    半导体semiconductor 二极管diode 本征半导体intrinsic semiconductor 禁带宽度bandgap energy 杂质半导体extrinsic semiconductor 漂移drift 扩散diffusion 电导率conductivity