第1章 常用半導(dǎo)體器件器件.ppt

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1、第一章常用半導(dǎo)體器件本章重點(diǎn)：本章難點(diǎn)：晶體三極管的導(dǎo)電機(jī)理PN結(jié)的組成原理與特性半導(dǎo)體二極管的特性與應(yīng)用雙極性晶體管的工作原理與特性曲線場(chǎng)效應(yīng)管的類型與工作原理1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管1.3雙極型晶體管1.4場(chǎng)效應(yīng)管本章內(nèi)容常用半導(dǎo)體材料均為四價(jià)元素。1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體低價(jià)元素高價(jià)元素如Cu為+2價(jià)、Al為+3價(jià)如惰性氣體導(dǎo)電能力強(qiáng)不導(dǎo)電導(dǎo)電能力弱1.1.1本征半導(dǎo)體一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。1.1.1本征半導(dǎo)體一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶

2、體。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：共價(jià)鍵1.1.1本征半導(dǎo)體一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理1、本征激發(fā)半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)的現(xiàn)象條件：加熱、光照及射線照射+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子載流子二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理2、復(fù)合自由電子運(yùn)動(dòng)填補(bǔ)空穴兩者同時(shí)消失的現(xiàn)象+4+4+4+4電子的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于空穴的反向遷移P1=P2二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理3、總結(jié)本征激發(fā)復(fù)合動(dòng)態(tài)平衡注意：半導(dǎo)體有自由電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電三、本

3、征半導(dǎo)體中載流子的濃度載流子濃度受環(huán)境溫度影響，計(jì)算公式為：自由電子的濃度空穴的濃度N型半導(dǎo)體中，自由電子為多子，空穴為少子。1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中人為摻入某種“雜質(zhì)”元素形成的半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體雜質(zhì)元素V族元素P型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子。1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中人為摻入某種“雜質(zhì)”元素形成的半導(dǎo)體二、P型半導(dǎo)體雜質(zhì)元素Ⅲ族元素1.1.3PN結(jié)一、半導(dǎo)體內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)1、漂移運(yùn)動(dòng)（DriftMovement）條件：有電場(chǎng)力作用表現(xiàn)：電子和空穴定向運(yùn)動(dòng)結(jié)論：產(chǎn)生漂移電流。2、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

4、條件：濃度差表現(xiàn)：電子和空穴定向運(yùn)動(dòng)結(jié)論：產(chǎn)生擴(kuò)散電流。在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界處形成的空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)也稱作“耗盡區(qū)”“勢(shì)壘區(qū)”二、PN結(jié)的形成濃度差引起載流子擴(kuò)散擴(kuò)散形成自建電場(chǎng)在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界處形成的空間電荷區(qū)二、PN結(jié)的形成自建電場(chǎng)阻止擴(kuò)散，加強(qiáng)漂移。擴(kuò)散=漂移動(dòng)態(tài)平衡PN結(jié)形成擴(kuò)散漂移1、PN結(jié)正向偏置三、PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮區(qū)接高電位，N區(qū)接低電位正偏內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。結(jié)論：正向?qū)ㄒ噪娮拥倪\(yùn)動(dòng)進(jìn)行說明2、PN結(jié)反向偏置三、PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮區(qū)接低

5、電位，N區(qū)接高電位反偏結(jié)論：反向截止內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。四、PN結(jié)的電流方程玻耳茲曼常數(shù)k=1.38×10-23J/K電子電荷量q=1.6×10-19C外加電壓取時(shí)反向飽和電流PN結(jié)的伏安特性曲線對(duì)應(yīng)表:五、PN結(jié)的伏安特性正向特性反向特性注意：擊穿需要避免但并不意味著PN結(jié)燒壞。特殊情況PN結(jié)的反向擊穿反向電壓超過某一數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增加齊納擊穿雪崩擊穿高摻雜情況低摻雜情況五、PN結(jié)的伏安特性勢(shì)壘電容Cb勢(shì)壘電容：耗盡層寬窄變化所等效的電容。具有

6、非線性，與結(jié)面積、耗盡層寬度、半導(dǎo)體的介電常數(shù)及外加電壓有關(guān)。擴(kuò)散電容：載流子濃度差所等效的電容。為了形成正向電流，注入P區(qū)的少子在P區(qū)有濃度差，越靠近PN結(jié)濃度越大，即在P區(qū)有電子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的積累。P+-N六、PN結(jié)的電容效應(yīng)擴(kuò)散電容Cd請(qǐng)問：以下知識(shí)點(diǎn)你掌握了嗎？1.本征半導(dǎo)體的載流子有幾種？分別為？2.摻雜半導(dǎo)體的種類？3.載流子在外力作用下有幾種運(yùn)動(dòng)？4.PN結(jié)是如何形成的？5.PN結(jié)有什么重要特性？返回本章首頁P(yáng)N結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線外殼線觸絲線基片點(diǎn)接觸型PN結(jié)面接觸型

7、1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1基本結(jié)構(gòu)PN二極管的電路符號(hào)：UI死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UBR1.2.2伏安特性1、正向特性死區(qū)電壓：硅管0.5V鍺管0.1V線性區(qū)：硅管0.6V～1V鍺管0.2V～0.5V對(duì)溫度變化敏感：溫度升高→正向特性曲線左移溫度每升高1℃→正向壓降減小約2mV。UI導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。2、反向特性反向電流：很小。硅管0.1微安鍺管幾十個(gè)微安受溫度影響大：溫度每升高10℃→反向電流增加約1

8、倍。3、反向擊穿特性反向擊穿UBR:幾十伏以上。UI反向擊穿電壓UBR1.最大整流電流IF2.反向擊穿電壓UBR1.2.3主要參數(shù)3.反向電流IR4.反向電流IR5.最高工作頻率4.微變電阻rDiDuDIDUDQ?iD?uDrD是二極管特性曲線上工作點(diǎn)Q附近電壓的變化與電流的變化之比：顯然，rD是對(duì)Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。R