ch4常用半導(dǎo)體分立器件解析課件.ppt

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1、第四章常用半導(dǎo)體分立器件半導(dǎo)體的基本知識與PN結(jié)半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路雙極型三極管絕緣柵型場效應(yīng)管27-七月-211對于元器件，重點(diǎn)放在外特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和正確使用方法，不要過分追究其內(nèi)部機(jī)理。討論器件的目的在于應(yīng)用。學(xué)會(huì)用工程觀點(diǎn)分析問題，即根據(jù)實(shí)際情況，對器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實(shí)際意義的結(jié)果。對電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，只要能滿足技術(shù)指標(biāo)，就不要過分追究精確的數(shù)值。器件是非線性的、特性有分散性、參數(shù)值有誤差、工程上允許在一定的誤差范圍采用合理估算的

2、方法。學(xué)習(xí)要求：27-七月-2124.1半導(dǎo)體的基本知識與PN結(jié)一、半導(dǎo)體的基本知識體積小、重量輕、壽命長、能耗低。1.半導(dǎo)體器件的特點(diǎn)2.物質(zhì)的分類（按其導(dǎo)電能力的大?。?dǎo)體如：金、銀、銅、錫,電阻率ρ<10-4??cm絕緣體如：橡膠、陶瓷、塑料、木制品等ρ?1012??cm半導(dǎo)體如：鍺、硅、砷化鎵，一些硫化物和氧化物（導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間，受溫度、光照和摻雜程度影響極大。）10-3??cm<ρ<109??cm半導(dǎo)體（根據(jù)純度的不同）可以分為：本征半導(dǎo)體,雜質(zhì)半導(dǎo)體27-七月-213半導(dǎo)體器件

3、是構(gòu)成電子線路的基本元件，所用的材料是經(jīng)過特殊加工且性能可控的半導(dǎo)體材料。在大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）中主要使用硅（Si）和砷化鎵（GaAs）材料。電子器件所用的半導(dǎo)體具有晶體結(jié)構(gòu)，因此把半導(dǎo)體也稱為晶體。27-七月-214+4+4+4+4+4+4+4+4+4純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。3.本征半導(dǎo)體284+14Si28184+32Ge4個(gè)價(jià)電子將硅或鍺材料提純并形成單晶體后，便形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵價(jià)電子：最外層原子軌道上的電子。4.1半導(dǎo)體的基本知識與PN結(jié)27

4、-七月-215共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱?。。?4+4+4+4+4+4+4+4+427-七月-216本征激發(fā)－在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴。因熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生自由電子空穴對的現(xiàn)象稱本征激發(fā)（又稱熱激發(fā)）。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴4.1

5、半導(dǎo)體的基本知識與PN結(jié)27-七月-217兩種載流子:能夠?qū)щ姷碾姾煞Q為載流子。本征半導(dǎo)體中有數(shù)量相等的兩種載流子：自由電子和空穴?？昭▽?dǎo)電的實(shí)質(zhì)是價(jià)電子依次填補(bǔ)空位的運(yùn)動(dòng)。+4+4+4+4+4+4+4+4+427-七月-218復(fù)合—自由電子和空穴在熱運(yùn)動(dòng)中相遇而釋放能量，電子空穴成對消失。自由電子和空穴成對地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。注意：(1)在常溫下，本征半導(dǎo)體中載流子濃度:Si：1.5×1010/cm3，Ge：2.5×1

6、013/cm3,與原子密度（約為1022/cm3量級）相比，是微不足道的，故本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性很弱，不能直接用于制造半導(dǎo)體器件。(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對半導(dǎo)體器件性能影響很大。4.1半導(dǎo)體的基本知識與PN結(jié)27-七月-219半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光

7、敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)27-七月-21104.雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。使自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體（電子半導(dǎo)體），使空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體（空穴半導(dǎo)體）。4.1半導(dǎo)體的基本知識與PN結(jié)27-七月-2111N型半導(dǎo)體—摻入5價(jià)元素如砷（As）、磷（P）摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。SiSi

8、SiSip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），空穴是少數(shù)載流子（少子）。27-七月-2112摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。SiSiSiSi在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。P型半導(dǎo)體—摻入3價(jià)原子如硼（B）、鎵（