清华模拟电子课件第1章常用半导体器

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1、第1章常用半导体器件1.1半导体基础知识一、本征半导体二、杂质半导体三、PN结的形成及其单向导电性一、本征半导体1、什么是半导体？什么是本征半导体？导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。无杂质稳定的结构2、本征半导体的结构共价键由于热运动（热

2、激发），具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴在热激发下产生自由电子和空穴对的现象，称为本征激发。在本征半导体中自由电子与空穴是成对出现的，即自由电子与空穴的数目相等。一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。3、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学

3、温度0K时不导电。载流子在本征半导体中，自由电子和空穴都参与导电！二、杂质半导体1.N型半导体------------掺入五价元素多数载流子N型半导体主要靠电子（多数载流子）导电。掺入杂质越5多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？磷（P）2.P型半导体----------掺入三价元素多数载流子P型半导体主要靠空穴导电。掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，3在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？硼（B）三、PN结的形成及其单向导电性1、PN结的形成物质因浓度差而产生

4、的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。N区自由电P区空穴子浓度远高浓度远高于P区。于N区。扩散运动由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场。内电场一方面阻止（多子）扩散运动的进行，另一方面使空穴（少子）从N区向P区、自由电子（少子）从P区向N区运动。漂移运动因电场作用所产生的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。2、PN结的单向导电性PN结加正向电压导通：PN结加反向电压截止：耗尽层变窄，扩散运动加耗尽层变宽，阻止扩散运动，剧，由于外电源的作用，形有利于漂移运动，形成漂移电成扩散电流，PN结处于导通流。由于电流很

5、小，故可近似状态。认为其截止。1.2半导体二极管一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数五、稳压二极管一、二极管的组成将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。点接触型：面接触型：平面型：结面积小，结电容小结面积大，结电容大结面积可小、可大故结允许的电流小故结允许的电流大小的工作频率高最高工作频率高最高工作频率低大的结允许的电流大二、二极管的伏安特性二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。if(u)二极管的电流方程：开启击穿反向饱uUT电压和电流电压iI(e1)(常温下U26mV)ST材料开启电压导通电压反向饱和电流温度的电压当

6、量硅Si0.5V0.5~0.8V1µA以下锗Ge0.1V0.1~0.3V几十µA二极管的工作状态：正向导通、反向截止、反向击穿u从二极管的伏安特性可以反映出：UiI(eT1)S1.单向导电性uUT若正向电压uU，则iIe正向特性为TS指数曲线0.7V(硅管)UD0.2V（锗管）若反向电压uU，则iITS反向特性为横轴的平行线2.伏安特性受温度影响T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓→反向饱和电流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移三、二极管的等效电路1.将伏安特性折线化导通时i与u成线性关系理想二极管理想开关近似分析导通时UD＝Uon导通时U

7、D＝0中最常用截止时IS＝0截止时IS＝0应根据不同情况选择不同的等效电路！三、二极管的等效电路2.微变等效电路当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流电源作用小信号作用uUDT根据电流方程，rdiDIDQ越高，rd越小。静态电流四、二极管的主要参数•最大整流电流IF：最大平均值•最高反向工作电压UR：最大瞬时值•反向电流IR：即IS•最高工作频率fM：因PN结