《晶体管电路基础》PPT课件

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1、第4章半导体电路基础电子技术研究电子器件、电子电路、电子系统及其应用的科学技术。模拟电子技术信息电子技术电子技术数字电子技术电力电子技术电子器件电真空器件:电子管、显像荧光屏管、荧光屏半导体器件:二极管、三极管、场效应管集成器件:CPU、寄存器、运算放大器4.1半导体器件的基本知识及半导体二极管导体:绝缘体:半导体:导电特性处于导体和绝缘体之间的物质,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。4.1.1本征半导体本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体晶体。1.结构特点晶体结构半导体:硅和锗SiGe硅锗共价键共价键共用电子对+4表示除去价电子后的原子每个原子与其相邻的原子之间共用一对价电子形成

2、共价键。形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结构。共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子,在绝对零度(-273ºC)电子没有能力脱离共价键的束缚,也就没有电子能够脱离原子结构成为自由电子跑出来导电,这时它是良好的绝缘体。2.本征半导体的导电机理(1)载流子——自由电子和空穴在绝对零度(T=0K)和没有外界能量激发时,价电子完全被共价键束缚着,本征半导体中没有可以运动的带电粒子(即载流子),相当于绝缘体。在常温下,由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴

3、。空穴+4+4自由电子+4+4束缚电子本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴。(2)本征半导体的导电机理在力的作用下,空穴吸引附近的电子来填补,+4+4这样的结果相当于空穴的迁移,而空穴的迁移相当于正电荷的移动,+4+4因此可以认为空穴是载流子。本征半导体中电流由两部分组成:•自由电子移动产生的电流。•空穴移动产生的电流。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高,载流子的浓度越高,本征半导体的导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素。4.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓

4、度大大增加。N型半导体:自由电子浓度大大增加的杂质半导体,也称为(电子半导体)。P型半导体:空穴浓度大大增加的杂质半导体,也称为(空穴半导体)。1、N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷(或锑),除四个与相邻的半导体原子形成共价键,将多出一个电子——这个电子几乎不受束缚,很容易被激发而成为自由电子,这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子,称为施主原子。多余电子+4+4+5+4磷原子掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少子)。近似认为多子与杂质浓度相等。2、P型半导体在硅或锗晶体

5、中掺入少量的三价元素,如硼(或铟),外电子除相邻的半导体原子形成共价键外,还产生一个空穴。空穴这个空穴可能吸引束缚电+4+4子来填补,使得硼原子成为不能移动的带负电的离+3+4子。由于硼原子接受电子,所以称为受主原子。硼原子P型半导体中空穴是多子,电子是少子。3、杂质半导体的示意表示法------++++++------++++++------++++++------++++++P型半导体N型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系,起导电作用的主要是多子。4.1.3PN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

6、扩散,在它们的交界面处就形成了PN结。动画内电场越强,就使漂移运动越强,而漂移使空间电荷区变薄。漂移运动P型半导体N型半导体内电场E------++++++------++++++------++++++------++++++PN结空间电荷区扩散的结果是使空间电也称耗尽层扩散运动荷区逐渐加宽。漂移运动P型半导体N型半导体------++++++------++++++------++++++------++++++扩散运动扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡,这时两边虽有载流子的往返,但扩散多少就漂移多少空间电荷区的厚度不变。注意:1)空间电荷区中没有载流子。2)空间电荷区中内电场阻碍多

7、子作扩散运动。促进少子作漂移运动。3)在无外电场的作用下,PN结没有电流流过。2.PN结的单向导电性PN结加上正向电压(正向偏置),即P区加正、N区加负电压。PN结加上反向电压(反向偏置),即P区加负、N区加正电压。动画(1)PN结正向偏置内电场被削弱,多变薄子的扩散加强形成较大的扩散电流。-++-+_P-+N-+内电场外电场RE正向电流包括空穴电流和电子电流两部分。在一定范围内,外电场愈强,正向电流(由P区

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