模电第1章 半导体器件基础.ppt

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1、第1章半导体器件1.1概述1.2半导体二极管小结1.3双极型晶体三极管1.4场效应管电子技术模拟电子技术1.1概述1.1.1半导体的导电特性1.1.2杂质半导体1.1.3PN结1.1.1半导体的导电特性半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体—纯净的具有晶体结构的半导体。如硅(Si)、锗(Ge)单晶体。硅(锗)的原子结构简化模型硅(锗)的共价键结构价电子自由电子空穴空穴可在共价键内移动共价键本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电，这是半导体导电的特殊性质。复合：自由电子在运动的过程中如果与

2、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，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，就达到动态平衡。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。本征激发：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。1.1.2杂质半导体一、N型半导体和P型半导体N型(Negative)+5+4+4+4+4+4磷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(P

3、ositive)+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—多子电子—少子载流子数空穴数二、杂质半导体的导电作用IIPINI=IP+INN型半导体IINP型半导体IIP三、P型与N型半导体的简化示意图负离子多数载流子少数载流子正离子多数载流子少数载流子P型N型1.1.3PN结一、PN结(PNJunction)的形成1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.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。内电场3.扩散运动和漂移运动达到动态平衡，形成PN结。P区N区内电场外电场

4、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IF二、PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)—forwardbias2.外加反向电压(反向偏置)—reversebiasP区N区内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：外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态。漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子0三、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=26mVOu

5、/VI/mA正向特性反向击穿加正向电压时加反向电压时i≈–IS1.2半导体二极管1.2.1二极管的结构和类型1.2.2二极管的伏安特性1.2.3二极管的主要参数1.2.4二极管常用电路模型1.2.5稳压二极管1.2.6二极管的应用举例1.2.1二极管的结构和类型构成：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

6、极引线集成电路中平面型PNP型支持衬底1.2.2二极管的伏安特性一、PN结的电流方程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=300K(27C)：UT=26mV二、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)︱

7、反向电流急剧增大(反向击穿)反向击穿类型：电击穿热击穿击穿机理：齐纳击穿：(Zener)在高掺杂的情况下，因耗尽层宽度很小，不大的反向电压就可在耗尽层形成很强的电场，而直接破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚，产生电子-空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。(击穿电压<4V，负温度系数)雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，当反向电压增加到较大数值时，耗尽层的电场使少子加快漂移速度，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电了撞出共价键，产生电子-空穴对。新产生的电子与空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪

8、崩式地倍增，致使电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿。—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。(击穿电压>7V，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