模电全套课件2优质PPT.ppt

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如橡胶、塑料等。

3.半导体：

导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。

大多数半导体器件所用的主要材料是硅（Si）和锗（Ge）。

半导体导电性能是由其原子结构决定的。

具有热敏性、光敏性、掺杂性。

最外层电子称价电子,4价元素的原子常用+4电荷的正离子和周围4个价电子表示。

硅晶体共价键平面结构,硅的原子结构图,3.1.2半导体的共价键结构,3.1.3本征半导体,本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体晶体。

当温度T=0K时，半导体不导电，如同绝缘体。

本征激发本征半导体在热（或光照）作用下产生电子空穴对的现象。

自由电子和空穴载流子复合,若T，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位空穴。

T,自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。

本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为电子-空穴对。

由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。

在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。

载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。

空穴,自由电子,3.1.4杂质半导体,杂质半导体是在本征半导体中掺入微量的杂质所形成的半导体。

杂质半导体有N型和P型两大类。

在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。

3价杂质原子称为受主原子。

P型半导体,空穴,受主原子,N型半导体,在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体。

施主原子,5价杂质原子称为施主原子。

杂质半导体中的载流子浓度,在P（N）型半导体中，空穴（自由电子）浓度多于自由电子（空穴）浓度，即pn（np）。

空穴（自由电子）为多数载流子，自由电子（空穴）为少数载流子。

杂质半导体中多数载流子的浓度远大于少数载流子的浓度，杂质半导体中的电流基本上是多数载流子的电流；

杂质半导体的导电能力远大于本征半导体的导电能力，半导体中掺入微量的杂质可以大大提高其导电能力。

3.2PN结的形成及特性,3.2.1载流子的漂移与扩散3.2.2PN结的形成3.2.3PN结的单向导电性3.2.4PN结的反向击穿3.2.5PN结的电容效应,3.2.1载流子的漂移与扩散,漂移载流子在内电场作用下的运动。

扩散由浓度差而产生的运动。

在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。

3.2.2PN结的形成,耗尽层,扩散运动,耗尽层。

电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。

2.扩散运动形成空间电荷区,3.空间电荷区产生内电场,空间电荷区正负离子之间电位差vD内电场；

内电场阻止多子的扩散阻挡层。

4.漂移运动,内电场有利于少子运动漂移。

少子的运动与多子运动方向相反,5.扩散与漂移的动态平衡,扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；

随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；

当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。

即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。

电压vD，硅材料约为（0.60.8）V,锗材料约为（0.20.3）V。

空间电荷区的宽度约为几微米几十微米；

3.2.3PN结的单向导电性,当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；

当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。

PN结具有单向导电性。

1.PN外加正向电压,外电场与内电场方向相反耗尽区变窄，内电场削弱有利于扩散，扩散电流远大于漂移电流正向电流很大。

当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态。

2.PN外加反向电压,外电场与内电场方向相同耗尽区变宽，内电场增强阻止扩散运动，扩散电流和漂移电流均很小反向电流很小。

当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。

当PN结两端加正向偏置时，电压vD为正值，当vD比nVT大几倍时，二极管的电流iD与电压vD成指数关系。

3.PN结伏安特性的表达式,当PN结两端加反向偏置时，电压vD为负值，当|vD|比nVT大几倍时，二极管的电流iD是个常数。

IS：

反向饱和电流；

n：

发射系数，其值在12之间；

VT：

温度的电压当量，在常温（300K）下，VT26mV。

正向特性,4.PN结的伏安特性,在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，I=f（U）之间的关系曲线。

反向特性,击穿特性,a.正向特性,当正向电压比较小时，正向电流几乎为零。

只有当正向电压超过一定值时，正向电流开始快速增长，正向特性上的这一电压叫死区电压。

死区电压与材料和温度有关，硅管约0.5V左右，锗管约0.1V左右。

当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流迅速增大。

b.反向特性,加反向电压，反向电流很小。

一般硅管的反向电流比锗管小得多。

反向饱和电流,3.2.5PN结的反向击穿,如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大；

这种现象称击穿，对应电压叫反向击穿电压。

击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正常。

反向击穿,雪崩击穿：

PN结耗尽层内的少数载流子在强电场加速作用下获得足够大的能量，与原子发生碰撞，产生电子-空穴对，再碰撞，再产生电子-空穴对，使反向电流急剧上升。

齐纳击穿：

在较高的反向电压下，PN结耗尽层的强电场破坏共价键，造成电子-空穴对，形成较大的反向电流。

齐纳击穿,雪崩击穿,3.2.6PN结的电容效应,PN结的电容包括势垒电容CB和扩散电容CD两部分。

扩散电容多数载流子的扩散运动是形成扩散电容的主要因素。

势垒电容是用来描述势垒区的空间电荷随外加电压变化而产生的电容效应。

势垒电容是非线性的，它与结面积、耗尽层宽度、半导体的介电系数以及外加电压有关。

PN结处于正偏时结电容较大（主要决定于CD）；

PN结处于反偏时结电容较小（主要决定于CB）。

3.3二极管,3.3.1二极管的结构3.3.2二极管的V-I特性3.3.3二极管的参数,半导体二极管的类型,按半导体材料分：

有硅二极管、锗二极管等。

按PN结结构分：

有点接触型和面接触型二极管。

按用途划分：

有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、肖特基二极管、开关二极管、光电二极管、发光二极管、激光二极管、变容二极管等。

3.3.1二极管的结构,点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结电容小，可在高频下工作。

面接触型二极管PN结的面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作。

反向饱和电流VT：

温度的电压当量在常温（300K）下，VT26mV,3.3.2二极管的伏安特性,二极管具有单向导电性。

加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；

加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。

从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。

结论,3.3.3二极管的参数,最大整流电流IF二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。

反向击穿电压VBR指管子反向击穿时的电压值。

最高反向工作电压VR工作时允许加在二极管两端的反向电压值。

通常将击穿电压VBR的一半定义为VR。

极间电容Cd,势垒电容CB扩散电容CD,反向恢复时间TRR存在反向恢复时间的主要原因是扩散电容的影响。

最高工作频率fMfM值主要决定于PN结结电容的大小。

结电容愈大，二极管允许的最高工作频率愈低。

反向电流IR指管子未击穿时的反向电流，通常希望IR值愈小愈好。