罗桂娥老师模电课件chapt01.ppt

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1、第1章常用半导体器件1.1概述1.2半导体二极管小结1.3双极型晶体三极管1.4场效应管第一章常用半导体器件11.1概述1.1.1半导体的导电特性1.1.2杂质半导体1.1.3PN结1.1概述21.1.1半导体的导电特性半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体—纯净的半导体。如硅、锗单晶体。载流子—自由运动的带电粒子。共价键—相邻原子共有价电子所形成的束缚。1.1.1半导体的导电特性（1）3硅(锗)的原子结构简化模型惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自由电子(束缚电子)空穴空穴空穴可在共价键内移动1.1.1半导体的导电特性（2）4本征激发：复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新

2、结合成对消失的过程。漂移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。1.1.1半导体的导电特性（3）5两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)的运动空穴(在共价键以内)的运动结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。1.1.1半导体的导电特性（4）61.1.2杂质半导体一、N型半导体和P型半导体N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流

3、子数电子数1.1.2杂质半导体（1）7P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—多子电子—少子载流子数空穴数1.1.2杂质半导体（2）8二、杂质半导体的导电作用IIPINI=IP+INN型半导体IINP型半导体IIP1.1.2杂质半导体（3）9三、P型与N型半导体的简化示意图负离子多数载流子少数载流子正离子多数载流子少数载流子P型N型1.1.2杂质半导体（4）101.1.3PN结一、PN结(PNJunction)的形成1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层)空间电荷区特点:无载流子，阻止扩散进行，利于少子的漂移。内建电场1.1.2PN结（1）11

4、3.扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，总电流I=0。1.1.2PN结（2）12P区N区内电场外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。IF限流电阻扩散运动加强形成正向电流IFIF=I多子I少子I多子二、PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)—forwardbias1.1.2PN结（3）132.外加反向电压(反向偏置)—reversebiasP区N区内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IRPN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子01.1.2PN

5、结（4）14三、PN结的伏安特性反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当T=300(27C)：UT=26mVOu/VI/mA正向特性反向击穿加正向电压时加反向电压时i≈–IS1.1.2PN结（5）151.2半导体二极管1.2.1二极管的结构和类型1.2.2二极管的伏安特性1.2.3二极管的主要参数1.2.4二极管常用电路模型1.2.5稳压二极管1.2.6二极管的应用举例1.2半导体二极管161.2.1二极管的结构和类型构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：A(anode)C(cathode)分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型1.2.1二极

6、管的结构和类型（1）17点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线面接触型N型锗PN结正极引线铝合金小球底座金锑合金正极引线负极引线集成电路中平面型PNP型支持衬底1.2.1二极管的结构和类型（2）181.2.1二极管的结构和类型（3）191.2.2二极管的伏安特性一、PN结的伏安方程反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当T=300(27C)：UT=26mV1.2.2二极管的伏安特性（1）20二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死区电压iD=0Uth=0.5V0.1V(硅管)(锗管)UUthiD急剧上升0UUthUD(on)=(0.60.8

7、)V硅管0.7V(0.20.4)V锗管0.3V反向特性ISU(BR)反向击穿︱U(BR)︱>︱U︱>0iD=IS<0.1A(硅)几十A(锗)︱U︱>︱U(BR)︱反向电流急剧增大(反向击穿)1.2.2二极管的伏安特性（2）21反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压<6V，负温度系数)雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。—PN结未损