模拟电路与数字电路第2版课件集：第2章半导体器件基础.ppt

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1、第2章半导体器件基础半导体器件是构成各种电路的基础2.1半导体的基本知识半导体的特点导电能力介于导体与绝缘体之间受到外界光和热的刺激时,导电能力会有显著变化在纯净半导体中加入微量元素导电能力会有显著变化2.1半导体的基本知识2.1.1本征半导体本征半导体:纯净的半导体载流子: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本征激发：复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新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

2、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。两种载流子电子(自由电子)空穴(带正电)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。2.1.2杂质半导体1.N型半导体N型+5+4+4+4+4+4磷原子(施主原子)自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数电子数P型+3+4+4+4+4+4硼原子(受主杂质)空穴空穴—多子电子—少子载流子数空穴数2

3、.P型半导体2.1.3PN结及其单向导电性1.PN结(PNJunction)的形成载流子的浓度差引起多子的扩散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P区N区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。P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2.PN结的单向导电性(1)外加正向电压(正向偏置)—forwardbias(2)外加反向电压(反向偏置)—reversebiasP区N区内

4、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02.2.1晶体二极管的结构、符号、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2.2晶体二极管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2.2.2晶体二极管的

5、伏安特性1.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=26mV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)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)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，

6、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结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。(击穿电压>6V，正温度系数)击穿电压在6V左右时，温度系数趋近零。硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD/mAuD/ViD/mAuD/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020温度对二极管特性的影响604020–0.0200.4–25–50iD/mAuD/V20C90CT升高时，UD(on)以(22.5)mV/C下降2.电路

7、模型（1）理想模型（开关模型）特性uDiD符号及等效模型SS正偏导通，uD=0；反偏截止，iD=0U(BR)=（2）简化模型（恒压模型）uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.3V(Ge)2.2.3晶体二极管的主要参数1.IF—最大整流电流(最大正向平均电流)2.URM—最高反向工作电压，为U(BR)/23.IR—反向电流(越小单向导电性越好)4.fM—最高工作频率(超过时单向导电性变差)iDuDU(BR)IFURMO*影响工作频率的原因—PN结的电容效应结论：1.低频时，因结电容很小，对PN结影响很小。高频时，因容抗增大，使结电容分

8、流，导致单向导电性变差。2.结面积小时结电容小，工作频率高。半导体二极管的型号国