模电课件华成英半导体基础知识.ppt

模电课件华成英半导体基础知识.ppt

《模电课件华成英半导体基础知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电课件华成英半导体基础知识.ppt（35页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

第一章半导体二极管和三极管,第一章半导体二极管和三极管,1.1半导体基础知识,1.2半导体二极管,1.3晶体三极管,1半导体基础知识,一、本征半导体,二、杂质半导体,三、PN结的形成及其单向导电性,四、PN结的电容效应,一、本征半导体,导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。

本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。

1、什么是半导体？

什么是本征半导体？

导体铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。

绝缘体惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。

半导体硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。

2、本征半导体的结构,由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子,自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴,自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。

共价键,一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。

外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。

由于载流子数目很少，故导电性很差。

为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？

3、本征半导体中的两种载流子,运载电荷的粒子称为载流子。

温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。

热力学温度0K时不导电。

二、杂质半导体1.N型半导体,磷（P）,杂质半导体主要靠多数载流子导电。

掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。

多数载流子,空穴比未加杂质时的数目多了？

少了？

为什么？

2.P型半导体,硼（B）,多数载流子,P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，,在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？

少子与多子变化的数目相同吗？

少子与多子浓度的变化相同吗？

三、PN结的形成及其单向导电性,物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。

气体、液体、固体均有之。

P区空穴浓度远高于N区。

N区自由电子浓度远高于P区。

扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。

PN结的形成,因电场作用所产生的运动称为漂移运动。

参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。

由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。

内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N区运动。

PN结加正向电压导通：

耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。

PN结加反向电压截止：

耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。

由于电流很小，故可近似认为其截止。

PN结的单向导电性,必要吗？

清华大学华成英,四、PN结的电容效应,1.势垒电容,PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。

2.扩散电容,PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。

结电容：

结电容不是常量！

若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！

问题,为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？

为什么半导体器件的温度稳定性差？

是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？

为什么半导体器件有最高工作频率？

2半导体二极管,一、二极管的组成,二、二极管的伏安特性及电流方程,三、二极管的等效电路,四、二极管的主要参数,五、稳压二极管,一、二极管的组成,将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。

小功率二极管,大功率二极管,稳压二极管,发光二极管,一、二极管的组成,点接触型：

结面积小，结电容小，故结允许的电流小，最高工作频率高。

面接触型：

结面积大，结电容大，故结允许的电流大，最高工作频率低。

平面型：

结面积可小、可大，小的工作频率高，大的结允许的电流大。

二、二极管的伏安特性及电流方程,开启电压,反向饱和电流,击穿电压,温度的电压当量,二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。

利用Multisim测试二极管伏安特性,从二极管的伏安特性可以反映出：

1.单向导电性,2.伏安特性受温度影响,T（）在电流不变情况下管压降u反向饱和电流IS，U（BR）T（）正向特性左移，反向特性下移,正向特性为指数曲线,反向特性为横轴的平行线,增大1倍/10,三、二极管的等效电路,理想二极管,近似分析中最常用,导通时i与u成线性关系,应根据不同情况选择不同的等效电路！

1.将伏安特性折线化,？

100V？

5V？

1V？

2.微变等效电路,Q越高，rd越小。

当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。

ui=0时直流电源作用,小信号作用,静态电流,四、二极管的主要参数,最大整流电流IF：

最大平均值最大反向工作电压UR：

最大瞬时值反向电流IR：

即IS最高工作频率fM：

因PN结有电容效应,第四版P20,讨论：

解决两个问题,如何判断二极管的工作状态？

什么情况下应选用二极管的什么等效电路？

uD=ViR,ID,UD,V与uD可比，则需图解：

实测特性,对V和Ui二极管的模型有什么不同？

五、稳压二极管,1.伏安特性,进入稳压区的最小电流,不至于损坏的最大电流,由一个PN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。

2.主要参数,稳定电压UZ、稳定电流IZ,最大功耗PZMIZMUZ,动态电阻rzUZ/IZ,若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！

限流电阻,斜率？

1.3晶体三极管,一、晶体管的结构和符号,二、晶体管的放大原理,三、晶体管的共射输入特性和输出特性,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,一、晶体管的结构和符号,多子浓度高,多子浓度很低，且很薄,面积大,晶体管有三个极、三个区、两个PN结。

中功率管,大功率管,二、晶体管的放大原理,扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。

少数载流子的运动,因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区,因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合,因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区,基区空穴的扩散,电流分配：

IEIBICIE扩散运动形成的电流IB复合运动形成的电流IC漂移运动形成的电流,穿透电流,集电结反向电流,直流电流放大系数,交流电流放大系数,为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？

三、晶体管的共射输入特性和输出特性,为什么UCE增大曲线右移？

对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。

为什么像PN结的伏安特性？

为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？

1.输入特性,2.输出特性,是常数吗？

什么是理想晶体管？

什么情况下?

对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。

为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？

为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？

饱和区,放大区,截止区,晶体管的三个工作区域,晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流iC几乎仅仅决定于输入回路的电流iB，即可将输出回路等效为电流iB控制的电流源iC。

四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,直流参数：

、ICBO、ICEO,c-e间击穿电压,最大集电极电流,最大集电极耗散功率，PCMiCuCE,安全工作区,交流参数：

、fT（使1的信号频率）,极限参数：

ICM、PCM、U（BR）CEO,清华大学华成英,讨论一,由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、。

uCE=1V时的iC就是ICM,U（BR）CEO,