常用半导体器件4.ppt

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1、第一章常用半导体器件1.1半导体基础1.2二极管1.3三极管（双极型晶体管）1.4场效应管1.1半导体基本知识本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。杂质半导体：通过扩散工艺，掺入了少量合适的杂质元素的半导体。根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。1.1.1本征半导体本征半导体结构示意图硅晶体的空间排列每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。本征激发由热激发或光照而产生的自由电

2、子和空穴对。复合：自由电子与空穴相遇，相互消失。本征半导体的导电机理动画演示：本征激发与复合动画演示：空穴在晶格中的移动在绝对0度和没有外界激发的情况下，本征半导体相当于绝缘体。自由电子、空穴浓度（cm－3），T为热力学温度K为波耳兹曼常数；EGO、K1是与半导体材料有关的常量。载流子浓度公式：本征半导体的导电机理*本征半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑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。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。1.1.2杂质半导体定义：通过扩散工艺

3、，掺入了少量合适的杂质元素的半导体。分类：N型半导体；P型半导体N型半导体掺入五价杂质元素（如磷）P型半导体掺入三价杂质元素（如硼）自由电子＝多子空穴＝少子空穴＝多子自由电子＝少子它主要由杂质原子提供由热激发形成本征半导体、本征激发小节1自由电子空穴N型半导体、施主杂质(5价)P型半导体、受主杂质(3价)多数载流子、少数载流子杂质半导体复合*半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑*半导体导电特点2：掺杂可以显著提高导电能力1.1.3PN结PN结的形成PN结的单向导电性PN结的电流方程PN结

4、的伏安特性PN结的电容效应PN结的形成载流子的运动：扩散运动——浓度差产生的载流子移动漂移运动——在电场作用下，载流子的移动1、浓度差多子的扩散运动2、扩散空间电荷区内电场3、内电场少子的漂移运动阻止多子的扩散4、扩散与漂移达到动态平衡PN结形成过程可分成4步PN结耗尽层PN结的单向导电性定义：加正向电压，简称正偏加反向电压，简称反偏扩散>漂移大的正向扩散电流（多子）低电阻正向导通漂移>扩散很小的反向漂移电流（少子）高电阻反向截止PN结特性描述其中IS——反向饱和电流VT——温度的电压当量且在常温下（T=300K）1、PN

5、结的伏安特性2、PN结方程特性平坦反向截止一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的陡峭电阻小正向导通正向：反向：近似非线性PN结的反向击穿当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。热击穿——不可逆雪崩击穿齐纳击穿电击穿——可逆PN结的电容效应(1)势垒电容CB势垒电容示意图扩散电容示意图(2)扩散电容CD结电容:1.2半导体二极管1.2.1半导体二极管的结构在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。(1)点接触型二极管PN结面积

6、小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。(a)点接触型二极管的结构示意图往往用于集成电路制造艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(2)面接触型二极管(b)面接触型(3)平面型二极管(c)平面型(4)二极管的代表符号1.2.2二极管的伏安特性3、PN结方程（近似）硅二极管2CP10的V-I特性锗二极管2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向击穿特性Vth=0.5V（硅）Vth=0.1V（锗）注意：1、死区电压（门坎电压）2、反向饱和电流硅：0.1A；锗：10A温度对二极管伏安特性

7、的影响：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1.2.3二极管的主要参数(1)最大整流电流IF(2)反向击穿电压UBR和最大反向工作电压UR(3)反向电流Is(4)最大工作频率1.2.4二极管基本电路及其分析方法5、应用电路分析举例2、二极管状态判断1、二极管电路的分析概述3、图解分析法4、等效电路（模型）分析法1、二极管电路的分析概述初步分析——依据二极管的单向导电性D导通：vO=vI-vDD截止：vO=0D导通：vO=vDD截止：vO=vI左图中图vO与vI的关

8、系由D的状态决定D处于反向截止时最简单！分析思路任务：求vD、iD目的：（1）确定电路功能，即信号vI传递到vO，有何变化？（2）D是否安全。首先，判断D的状态？若D反向截止，则相当于开路（iD0，ROF