第1章 常用半导体器件器件.ppt

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1、第一章常用半导体器件本章重点：本章难点：晶体三极管的导电机理PN结的组成原理与特性半导体二极管的特性与应用双极性晶体管的工作原理与特性曲线场效应管的类型与工作原理1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3双极型晶体管1.4场效应管本章内容常用半导体材料均为四价元素。1.1半导体基础知识导体半导体绝缘体低价元素高价元素如Cu为+2价、Al为+3价如惰性气体导电能力强不导电导电能力弱1.1.1本征半导体一、结构特点GeSi完全纯净的、结构完整的半导体晶体。1.1.1本征半导体一、结构特点完全纯净的、结构完整的半导体晶

2、体。硅和锗的晶体结构：共价键1.1.1本征半导体一、结构特点完全纯净的、结构完整的半导体晶体。共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子二、本征半导体的导电机理1、本征激发半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象条件：加热、光照及射线照射+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子载流子二、本征半导体的导电机理2、复合自由电子运动填补空穴两者同时消失的现象+4+4+4+4电子的运动相当于空穴的反向迁移P1=P2二、本征半导体的导电机理3、总结本征激发复合动态平衡注意：半导体有自由电子和空穴两种载流子导电三、本

3、征半导体中载流子的浓度载流子浓度受环境温度影响，计算公式为：自由电子的浓度空穴的浓度N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子。1.1.2杂质半导体在本征半导体中人为掺入某种“杂质”元素形成的半导体一、N型半导体杂质元素V族元素P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子。1.1.2杂质半导体在本征半导体中人为掺入某种“杂质”元素形成的半导体二、P型半导体杂质元素Ⅲ族元素1.1.3PN结一、半导体内载流子的运动1、漂移运动（DriftMovement）条件：有电场力作用表现：电子和空穴定向运动结论：产生漂移电流。2、扩散运动

4、条件：浓度差表现：电子和空穴定向运动结论：产生扩散电流。在P型半导体和N型半导体的交界处形成的空间电荷区空间电荷区也称作“耗尽区”“势垒区”二、PN结的形成浓度差引起载流子扩散扩散形成自建电场在P型半导体和N型半导体的交界处形成的空间电荷区二、PN结的形成自建电场阻止扩散，加强漂移。扩散=漂移动态平衡PN结形成扩散漂移1、PN结正向偏置三、PN结的单向导电性P区接高电位，N区接低电位正偏内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。结论：正向导通以电子的运动进行说明2、PN结反向偏置三、PN结的单向导电性P区接低

5、电位，N区接高电位反偏结论：反向截止内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。四、PN结的电流方程玻耳兹曼常数k=1.38×10-23J/K电子电荷量q=1.6×10-19C外加电压取时反向饱和电流PN结的伏安特性曲线对应表:五、PN结的伏安特性正向特性反向特性注意：击穿需要避免但并不意味着PN结烧坏。特殊情况PN结的反向击穿反向电压超过某一数值时，反向电流急剧增加齐纳击穿雪崩击穿高掺杂情况低掺杂情况五、PN结的伏安特性势垒电容Cb势垒电容：耗尽层宽窄变化所等效的电容。具有

6、非线性，与结面积、耗尽层宽度、半导体的介电常数及外加电压有关。扩散电容：载流子浓度差所等效的电容。为了形成正向电流，注入P区的少子在P区有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P区有电子的积累。同理，在N区有空穴的积累。P+-N六、PN结的电容效应扩散电容Cd请问：以下知识点你掌握了吗？1.本征半导体的载流子有几种？分别为？2.掺杂半导体的种类？3.载流子在外力作用下有几种运动？4.PN结是如何形成的？5.PN结有什么重要特性？返回本章首页PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线外壳线触丝线基片点接触型PN结面接触型

7、1.2半导体二极管1.2.1基本结构PN二极管的电路符号：UI死区电压硅管0.5V,锗管0.2V。导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压UBR1.2.2伏安特性1、正向特性死区电压：硅管0.5V锗管0.1V线性区：硅管0.6V～1V锗管0.2V～0.5V对温度变化敏感：温度升高→正向特性曲线左移温度每升高1℃→正向压降减小约2mV。UI导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。2、反向特性反向电流：很小。硅管0.1微安锗管几十个微安受温度影响大：温度每升高10℃→反向电流增加约1

8、倍。3、反向击穿特性反向击穿UBR:几十伏以上。UI反向击穿电压UBR1.最大整流电流IF2.反向击穿电压UBR1.2.3主要参数3.反向电流IR4.反向电流IR5.最高工作频率4.微变电阻rDiDuDIDUDQiDuDrD是二极管特性曲线上工作点Q附近电压的变化与电流的变化之比：显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻。R