数字模拟电路第2章 半导体基础.ppt

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1、2半导体器件基础主要内容★半导体的基础知识★★半导体器件的核心环节——PN结★★★半导体二极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用★★★★半导体三极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及三极管基本电路及其分析方法与应用★★★★★场效应管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数2.1半导体的基本知识2.1.1本征半导体导电性能介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。常用的半导体有硅（Si）和锗（Ge）。纯净的半导体称为本征半导体，其原子结构是晶体结构，故半导体管又称晶体管。共价键

2、结构半导的特点①共价键上的电子受原子核束缚较紧，不象自由电子那样活泼。——半导体的导电性不如导体。②共价键上的某些电子受外界能量激发（如受热或光照）后，可挣脱共价键束缚，成为带负电荷的自由电子。自由电子在电场力作用下，逆着电场方向作定向运动，形成电子流。——电子是半导体的载流子之一。③共价键上的电子挣脱共价键束缚成为带负电荷的自由电子后，在其原来的位置留下一个空位，称为空穴。空穴的出现是半导体区别于其他导体的一个重要特点。电子—空穴对本征激发、复合本征激发：本征半导体受外界能量激发，产生电子—空穴对的现象。电子—空穴对:本

3、征半导体受外界能量激发，自由电子和空穴成对出现。复合:自由电子和空穴也会重新结合，叫做复合。自由电子和空穴是两种电量相等、性质相反的载流子。2.1.2杂质半导体N型半导体:在本征半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素磷（或砷），以电子导电为主的半导体称为N型半导体。在外电场的作用下，其电流主要是电子电流。P型半导体：在本征半导体硅（或锗）中掺入微量三价元素硼（或镓），以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。掺入了三价元素的杂质半导体，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。2.1.3PN结及其单向导电性扩散运动：P型半导体和N型半导

4、体的交界面处形成载流子浓度的差异。P区空穴多，N区电子多，N区电子要向P区扩散，P区空穴向N区扩散，这种由于浓度差异引起的载流子运动称为扩散运动。漂移运动：扩散运动的结果，产生从N区指向P区的内电场。在电场作用下的载流子运动称为漂移运动。PN结的形成PN结：P型半导体和N型半导体交界面发生着两种相反的运动——多子的扩散和少子的漂移。当两种运动达到动态平衡时，空间电荷不再变化，形成宽度稳定的空间电荷区——PN结。耗尽层：在PN结内，由于载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说被耗尽了，所以空间电荷区又称耗尽层。PN结的单向导电性

5、②加反向电压——PN结截止①加正向电压——PN结导通PN结还有感温、感光、发光等特性2.2晶体二极管2.2.1晶体二极管的结构、符号、类型晶体二极管的符号二极管二极管的分类按制造材料分——硅二极管和锗二极管；按用途分——整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管等；按结构工艺分——点接触型、面接触型等。2.2.2晶体二极管的伏安特性与等效电路伏安特性(或V—A特性)(1)正向特性①死区(不导通区)用Ur表示，一般硅二极管约0.5V，锗二极管约0.1V②导通区一般硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.2V(2)反向特性①

6、反向截止区②反向击穿区二极管是非线性器件，通过二极管的电流与加在其两端的电压近似成指数关系；在一定电压范围内，二极管具有单向导电性。(a)理想二极管的等效电路(b)计及正向导通电压VF时的二极管等效电路电路模型理想二极管加不同极性电压时的意义考虑VF,二极管加不同电压时的意义2.2.3晶体二极管的主要参数最大整流电流Ir二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。反向峰值电压VRM允许加在二极管上的反向电压的最大值。反向峰值电流IR室温下，二极管两端加上反向峰值电压VRM时的反向电流。最高工作频率fM二极管工作在高频时，电流

7、容易从结电容通过，使管子的单向导电性能变差，甚至可能失去单向导电性，为此规定一个最高工作频率，它主要决定于PN结结电容的大小，结电容愈大，则fM愈低。二极管的参数还有结电容及最高结温等。温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1℃，正向压降VF(Vd)大约减小2mV，即具有负的温度系数。硅二极管温度每增加8℃，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加12℃，反向电流大约增加一倍。2.2.4半导体二极管的温度特性2.2.5晶体二极管的基本应用限幅电路举例例2.1串联限幅例2.1并联限幅限幅电路举例例2.2例2.3钳位稳压二

8、极管2.2.6稳压管稳压管工作在反向击穿区，反射电流在规定范围内变化，反向电压保持不变。发光二极管光电二极管2.3晶体三极管2.3.1晶体三极管的结构、符号、类型晶体管的制造工艺特点：发射区的掺杂浓度高，基区很薄且掺杂浓度低，集电结的面积大，掺杂浓度更低，这些特点是保证晶体管具有电流放大作用的内部条件。