第1章常用半导体器件

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1、模拟电子技术基础童诗白童诗白华成英华成英主编主编第一章常用半导体器件1.1半导体的基础知识1.2半导体二极管1.3双极型晶体管1.4场效应管1.5单结晶体管和晶闸管1.6集成电路中的元件第一章第一章1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.3PN结第一章第一章1.1.1本征半导体一、半导体物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。二、本征半导体的晶体结构晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。第一章第一章三、本征半导体中的两种载流子运

2、载电荷的粒子称为　载流子。本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电，这是半导体的特殊性质。本征半导体中自由电子和空穴数目相等。第一章第一章四、本征半导体中的载流子的浓度半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发。自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。在一定的温度下，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。第一章第一章五、半导体的特性（1）掺杂特性掺入杂质则导电率增加几百倍半导体器件（2）温度特性温度增加使导电率大为增加热敏器件（3）光照特性光敏器件光电器件光照不仅使

3、导电率大为增加还可以产生电动势第一章第一章1.1.2杂质半导体通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，便可得到杂质半导体。N型半导体杂质半导体P型半导体一、N型半导体在纯净的硅晶体中掺入五价元素，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。自由电子的浓度大于空穴的浓度，故称自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。由于杂质原子可以提供电子，故称之为施主原子。第一章第一章二、P型半导体在纯净的硅晶体中掺入三价元素，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体。自由电子的浓度小于空穴的浓度，故称自由电子为少数载流子，空穴为多数载流子。由于杂质原

4、子可以俘获电子，故称之为受主原子。第一章第一章1.1.3PN结一、PN结的形成采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在他们的交界面就形成PN结。PN结具有单向导电性。第一章第一章一、PN结的形成内电场阻碍多子向对方的扩散即阻碍扩散运动同时促进少子向对方漂移即促进了漂移运动P区N区扩散运动载流子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动形成的电流成为扩散电流扩散运动=漂移运动时内电场达到动态平衡第一章第一章内电场的建立，使PN结中产生电位差Uho。电位差Uho决定于材料及掺杂浓度硅：Uho=0.7左右锗：Uho=0.2左右Uho第一章第一章

5、二、PN结的单向导电性1.PN结外加正向电压时处于导通状态P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；外电场方向与PN结内电场方外向相反，削弱了内电场。于是内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。内扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响PN结呈现低阻性。第一章第一章2.PN结外加反向电压时处于截止状态P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏；外电场方向与PN结内电场外方向相同，加强了内电场。阻止扩散运动的进行，加剧漂移运动的进行，因少子数目极少，反向漂移电流很小内。PN结处于截止状态，呈现高阻性第一章第一章三、ＰＮ结的电流方程PN结两端

6、的电压与uUT由半导体物理可推出：i流过I(ePN结电流的关系式1)S式中Is反向饱和电流;UT=kT/q等效电压k波尔兹曼常数；T=300k（室温）时UT=26mv当加正向电压时：iIeuUT(u>>UT)S当加反向电压时：iIS第一章第一章四、PN结的伏安特性其中u大于0的部分称为正向特性，u小于0的部分称为反向特性。当反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，称之为反向击穿。击穿分齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。第一章第一章五、PN结的电容效应1.势垒电容耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容Cb第一章第一章2.扩散电容PN结加正向

7、电压时，主要体现为多子的扩散运动，在扩散区内，电荷的积累和释放过程与电容器充放电过程相同，这种电容效应称为扩散电容Cd结电容Cj是Cb与Cd之和,即Cj=Cb+Cd第一章第一章1.2半导体二极管1.2.1半导体二极管的几种常见结构1.2.2二极管的伏安特性1.2.3二极管的主要参数1.2.4二极管的等效电路1.2.5稳压二极管1.2.6其它类型二极管第一章第一章1.2.1半导体二极管的几种常见结构第一章第一章1.2.1半导体二极管的几种常见结构PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路PN结面积大，用在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管