模电-第1章-半导体器件.ppt

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1、第一章常用半导体器件.教学目标了解半导体的基本特性，半导体二极管、双极型三极管、场效应管的分类、结构、基本电特性和主要技术参数等。理解本征半导体、杂质半导体、PN结、单向导电性、伏安特性、电容效应、电流放大、击穿、稳压、夹断、开启等基本概念。掌握PN结的工作原理、半导体二极管的伏安特性、双极型三极管的工作原理、电流分配关系、电流放大原理、输入特性曲线、输出特性曲线、场效应三极管的工作原理、转移特性曲线和输出特性曲线。.第一章常用半导体器件§1.1半导体基础知识§1.2半导体二极管§1.3晶体三极管§1.4场效应晶体管.§1.1半导体基础知识导体：自然界中

2、很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。（电阻率10-6～10-3㎝）绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。（电阻率109～1020㎝）半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓等。（电阻率10-3～109㎝）。.1、本征半导体定义纯净的晶体结构的半导体叫做本征半导体。无杂质稳定的结构本征半导体的结构及导电机理（以硅Si为例）..共价键价电子共有化，形成共价键的晶格结构.半导体中有两种载流子:自由电子和空穴自由电子空穴.在外电场作用下，电子的定向移动形成电流++++++++

3、--------.在外电场作用下，空穴的定向移动形成电流++++++++--------.1.本征半导体中载流子为自由电子和空穴(金属呢？)。2.电子和空穴成对出现,浓度相等。3.由于热激发可产生电子和空穴,因此半导体的导电性和温度有关,对温度很敏感。总结.2杂质半导体2.1N型半导体在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。电子----多子;空穴----少子..2杂质半导体2.2P型半导体在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体。空穴----多子;电子----少子.

4、注意杂质半导体中，多子的浓度决定于掺杂原子的浓度；少子的浓度决定于温度。.3PN结3.1PN结的形成P区N区物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之，包括电子和空穴的扩散！.3.1PN结的形成在交界面，由于两种载流子的浓度差，产生扩散运动。I扩.3.1PN结的形成在交界面，由于扩散运动,经过复合,出现空间电荷区空间电荷区耗尽层(电荷层、势垒层)I漂.3.1PN结的形成当扩散电流等于漂移电流时，达到动态平衡，形成PN结。PN结I扩I漂.1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;3.当扩散电流等于漂移

5、电流时，达到动态平衡，形成PN结。总结.3.2PN结的单向导电性1)PN结外加正向电压时处于导通状态加正向电压是指P端加正电压，N端加负电压，也称正向接法或正向偏置。.内电场外电场外电场抵消内电场的作用，使耗尽层变窄，形成较大的扩散电流。.2)PN结外加反向电压时处于截止状态外电场和内电场的共同作用，使耗尽层变宽，形成很小的漂移电流。.3.3PN结的伏安特性(小结)正向特性反向特性反向击穿PN结的电流方程为其中，IS为反向饱和电流，UT≈26mV，.3.4PN结的电容效应1）势垒电容PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过

6、程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。2）扩散电容PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。结电容：结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！.§1.2半导体二极管将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管。由P区引出的电极为阳极（A），由N区引出的电极为阴极（K）。二极管的符号：PN阳极阴极.将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。小功率二极管大功率二极管稳压二极管发光二极管.二极管的伏安特性及电流方程材料开启

7、电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.5~0.8V1µA以下锗Ge0.1V0.1~0.3V几十µA开启电压反向饱和电流击穿电压温度的电压当量二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。.VT——温度的电压当量，VT=kT/q=T/11600=0.026V，其中k为波耳兹曼常数（1.38×10–23J/K），T为热力学温度，即绝对温度（300K），q为电子电荷（1.6×10–19C）。在常温下，VT≈26mV。.二极管的伏安特性----单向导电性！伏安特性受温度影响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

8、性左移，反向特性下移正向特性为指数曲线反向特性为横轴的平行线增大1倍/10℃.二