ch4常用半导体分立器件解析课件.ppt

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1、第四章常用半导体分立器件半导体的基本知识与PN结半导体二极管及其应用电路双极型三极管绝缘栅型场效应管27-七月-211对于元器件，重点放在外特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。学会用工程观点分析问题，即根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、参数值有误差、工程上允许在一定的误差范围采用合理估算的

2、方法。学习要求：27-七月-2124.1半导体的基本知识与PN结一、半导体的基本知识体积小、重量轻、寿命长、能耗低。1.半导体器件的特点2.物质的分类（按其导电能力的大小）导体如：金、银、铜、锡,电阻率ρ<10-4cm绝缘体如：橡胶、陶瓷、塑料、木制品等ρ1012cm半导体如：锗、硅、砷化镓，一些硫化物和氧化物（导电性能介于导体与绝缘体之间，受温度、光照和掺杂程度影响极大。）10-3cm<ρ<109cm半导体（根据纯度的不同）可以分为：本征半导体,杂质半导体27-七月-213半导体器件

3、是构成电子线路的基本元件，所用的材料是经过特殊加工且性能可控的半导体材料。在大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）中主要使用硅（Si）和砷化镓（GaAs）材料。电子器件所用的半导体具有晶体结构，因此把半导体也称为晶体。27-七月-214+4+4+4+4+4+4+4+4+4纯净的、具有晶体结构的半导体。3.本征半导体284+14Si28184+32Ge4个价电子将硅或锗材料提纯并形成单晶体后，便形成共价键结构。晶体结构共价键价电子：最外层原子轨道上的电子。4.1半导体的基本知识与PN结27

4、-七月-215共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少。本征半导体的导电能力很弱！！！+4+4+4+4+4+4+4+4+427-七月-216本征激发－在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。因热运动产生自由电子空穴对的现象称本征激发（又称热激发）。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴4.1

5、半导体的基本知识与PN结27-七月-217两种载流子:能够导电的电荷称为载流子。本征半导体中有数量相等的两种载流子：自由电子和空穴。空穴导电的实质是价电子依次填补空位的运动。+4+4+4+4+4+4+4+4+427-七月-218复合—自由电子和空穴在热运动中相遇而释放能量，电子空穴成对消失。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。注意：(1)在常温下，本征半导体中载流子浓度:Si：1.5×1010/cm3，Ge：2.5×1

6、013/cm3,与原子密度（约为1022/cm3量级）相比，是微不足道的，故本征半导体的导电性很弱，不能直接用于制造半导体器件。(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。4.1半导体的基本知识与PN结27-七月-219半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光

7、敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强27-七月-21104.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。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型半导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为P型半导体（空穴半导体）。4.1半导体的基本知识与PN结27-七月-2111N型半导体—掺入5价元素如砷（As）、磷（P）掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。SiSi

8、SiSip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在N型半导体中自由电子是多数载流子（多子），空穴是少数载流子（少子）。27-七月-2112掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。SiSiSiSi在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。P型半导体—掺入3价原子如硼（B）、镓（