半导体器件(教学教案).ppt

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1、第一章半导体器件目录1基本教学要求1.1半导体的特性1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.2半导体二极管1.2.1PN结及其单向导电性1.2.2二极管的伏安特性1.2.3二极管的主要参数1.2.4二极管的电容效应1.2.5稳压管目录21.3双极型三极管1.3.1三极管的结构1.3.2三极管的放大作用和载流子的运动1.3.3三极管的特性曲线1.3.4三极管的主要参数1.3.5PNP型三极管1.4场效应管1.4.1结型场效应管1.4.2绝缘栅型场效应管1.4.3场效应管的主要参数基本概念自测题本章基本教

2、学要求1.要求掌握的内容:（1）半导体二极管的伏安特性及主要参数。（2）稳压二极管的伏安特性及主要参数。（3）半导体三极管的输入、输出特性及主要参数。（4）场效应管的输出特性、转移特性及主要参数。2.要求理解的内容：（1）PN结的单向导电性。（2）半导体三极管的放大作用。（3）场效应管的工作原理。3.要求了解的内容：（1）半导体中的两种载流子。（2）N型半导体和P型半导体以及PN结的形成。１.１　半导体的特性1．半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。半导体具有热敏性、光敏性、掺杂性。2．硅和锗是常用

3、的半导体材料，原子序号分别为14和32，它们都是四价元素。3．半导体晶体中，半导体原子的四个价电子与相邻四个原子的价电子组成共价键。惯性核价电子1.1.1本怔半导体1．高度纯净的、几乎不含杂质的半导体晶体称为本征半导体。2．在0K时，本征半导体中没有载流子，它是良好的绝缘体。3．本征激发→自由电子＋空穴（都是载流子）。4．本怔半导体的载流子浓度低，且ni=pi。5．本征半导体的载流子浓度与温度密切相关。图1.1.3本征半导体中的自由电子和空穴1.1.2杂质半导体1．N型半导体：也称电子型半导体，是在本征半

4、导体掺入微量五价施主杂质而成。这种半导体中，多子—自由电子，少子—空穴，n>>p，np=nipi=ni2。还有不能自由移动的正离子（不属于载流子）。图1.1.4N型半导体2．P型半导体2．P型半导体：也称空穴型半导体，是在本征半导体掺入微量三价受主杂质而成。这种半导体中，多子—空穴，少子—自由电子，p>>n，np=nipi=ni2。还有不能自由移动的负离子（不属于载流子）。图1.1.5P型半导体3．N型和P型半导体中，多子的浓度取决于掺杂的多少，掺入的杂质越多，多子浓度越大。少子由本征激发产生，其浓度主要

5、取决于温度，温度越高，少子浓度越大。4．转型：在N型半导体中掺入比原有的五价杂质更多的三价杂质元素，可转型为P型；在P型半导体中掺入足够的五价杂质元素也可转型为N型。1.2半导体二极管1.2.1PN结及其单向导电性1.PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区加宽内电场越

6、强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称PN结漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。PN结的形成过程P区和N区载流子浓度差→多子向对方扩散→形成空间电荷区及内电场→阻碍多子扩散、促进少子漂移→扩散和漂移达到动态平衡→形成稳定的空间电荷区，即PN结（又称阻挡层、耗尽层、势垒区）。2.

7、PN结的单向导电性1．外加正向电压（P区接电源的正极，N区接电源的负极）→正向接法或正向偏置（简称正偏）2．外加反向电压（P区接电源的负极，N区接电源的正极）→反向接法或反向偏置（简称反偏）－－－－++++RE(1)PN结正向偏置内电场外电场变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。PN结正向偏置PN结正向偏置→外电场削弱内电场，阻挡层变薄→多子扩散增强，少子漂移减弱→较大的正向电流I（因为是由多子扩散形成），外加正压对正向电流有很大的控制作用。图1.2.2PN结加正向电压时导通2.

8、PN结反向偏置－－－－++++内电场外电场变厚NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。REPN结反向偏置PN结反向偏置→外电场增强内电场，阻挡层变宽→多子扩散减弱，少子漂移增强→很小的反向饱和电流IS（因为是由少子漂移形成），基本上不随外加电压变化，但随温度变化大。图1.2.3PN结加反向电压时截止3．PN结具有单向导电性3．当PN结正偏时，回路中将产生一个较大的正向电流