模拟电子技术之半导体器件.ppt

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1、第1章半导体器件本章教学内容1.1半导体的特性1.2半导体二极管1.3双极型三极管1.4场效应三极管1.1半导体的特性半导体(semiconductor)：特性热敏性光敏性掺杂性热敏电阻光电电阻、光电二极管、光电晶体管二极管、晶体管和晶闸管本征半导体杂质半导体导电能力介乎于导体和绝缘体之间的物质。Si、GeSiSiSiSi自由电子空穴E载流子:运载电荷的粒子自由电子+空穴300ºK1.4×1010/cm3本征半导体中载流子浓度极小，导电性能很差；温度越高，本征半导体中载流子浓度越高，导电能力越强。半导体导电能力受温度影响很大。4.9

2、6×1022/cm3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。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。N型半导体P型半导体N型半导体(N-typesemiconductor)在硅或锗的晶体中掺入微量的磷（或其它五价元素锑、砷等）。自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由本征激发形成。SiSiP+Si多余电子施主杂质P型半导体(P-typesemiconductor)在硅或锗晶体中掺入硼（或其它三价元素镓、铟等）。空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由本征

3、激发形成。SiSiB-Si空穴受主杂质N型半导体中多数载流子是自由电子。P型半导体中多数载流子是空穴。不论是N型半导体还是P型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然是不带电的，宏观上保持电中性。PN结PN结的形成浓度差多子的扩散运动PN空间电荷区UD少子漂移运动扩散电流漂移电流PN1.2半导体二极管耗尽层阻挡层Si:（0.6~0.8）VGe:（0.2~0.3）VPNPN结的单向导电性R+–I内电场外电场空间电荷区变窄PN结加正向电压Ｐ－正,Ｎ－负特点：多子的扩散运动占主导地位，扩散电流大于漂移电流，空间电荷区变窄；P

4、N结电阻较小，处于导通状态；正偏PN内电场R+–I外电场空间电荷区变宽PN结加反向电压Ｐ－负,Ｎ－正特点：少子的漂移运动占主导地位，漂移电流大于扩散电流，空间电荷区变宽；一定温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流IS。PN结电阻很大，处于截止状态；反偏二极管的伏安特性DiD+uD—正向特性死区电压锗管：0.2V硅管：0.5V导通电压锗管：0.3V硅管：0.7VuD/ViD0正向导通锗硅0.20.50.30.7反向特性uD/ViD0正向导通

5、反向截止0.5锗硅0.2反向饱和电流IS0.30.7击穿电压UBR击穿电击穿热击穿不可恢复发生击穿并不一定意味着PN结被损坏。可恢复温度的影响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，反向特性下移增大1倍/10℃二极管的电路模型理想二极管的电路模型iDuDO导通电压UD与二极管材料有关：硅管为0.6~0.7V，锗管为0.2~0.3V。考虑导通电压的二极管模型：iDuDO_+uDiDuDUDuDUD+uDiD_例半导体二极管主要参数uDiD0URWMIRIOMUBR最大整流电流I

6、F：二极管长时间安全工作所允许流过的最大正向平均电流。反向工作峰值电压UR：为保证二极管不被反向击穿而规定的最大反向工作电压。反向电流IR：二极管未被击穿时，流过二极管的反向电流。最高工作频率fM：二极管维持单向导电性的最高工作频率。由多数载流子在扩散过程中的积累引起，正向偏置时起主要作用。电容效应势垒电容Cb由PN结的空间电荷区形成，又称结电容，反向偏置时起主要作用。扩散电容Cd稳压二极管一种特殊的硅二极管;允许通过较大的反向电流;反向击穿电压比普通二极管低得多;在电路中可起稳压的作用;uDiDOUBRDZ+-uziz稳压二极管的

7、特性izuzO正向偏置时，其特性和普通二极管相同。反向偏置时，如果电压较小，则二极管处于截止状态，电流近似为0。如果电压达到击穿电压值时，电流迅速增大，稳压二极管处于稳压状态。UZ稳压二极管的主要参数izuz0UZIZIZM△UZ△IZ稳定电压UZ稳定电流IZ最大稳定电流IZM最大允许耗散功率PZM动态电阻电压温度系数U稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。动态电阻越小稳压管稳压效果越好。稳压管受温度变化的影响系数。使用稳压管组成稳压电路时的注意事项：UORLVDZRUIIRIOIZ++--稳压管必须工作在反向击穿区。稳压管应与负载R

8、L并联。必须限制流过稳压管的电流IZ。例BJT结构特点：发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。发射极集电极基极发射区基区集电区晶体管电流分配及放大原理µAmAm