常用半导体器件--ppt课件.ppt，第一章常用半导体器件第一章常用器件半导体金属惰性气体硅、锗44=4小易大二者之间不易二者之间半导体1.1.1本征半导体1.1半导体基础知识纯净的晶体结构的半导体无杂质半导体硅和锗的最外层电子（价电子）都是四个。
结构特点通过一定的工艺过程，可将其制成晶体。
即为本征半导体Intrinsicsemiconductor本征半导体的结构示意图形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。
共用电子常温下价电子很难脱离共价键成为自由电子导电能力很弱Shareelectron+4+4+4+4热和光的作用自由电子空穴一些价电子获得足够的能量而脱离共价键束缚电子空穴对本征激发（热激发）带正电带负电游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合Intrisicexcitation+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移。
空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。
本征半导体的两种载流子温度越高，载流子的浓度越高，导电能力越强。
温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素。
这是半导体的一大特点。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
本征半导体中电流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。
2.空穴移动产生的电流。
在本征半导体中掺入少量合适的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。
1.1.2杂质半导体N型半导体磷原子多余电子掺入少量的五价元素磷（或锑）取代，形成共价键多出一个电子磷原子成为不能移动的正离子施主原子ImpuritysemiconductorN型半导体中的载流子是什么？1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。
2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。
自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
Negative空位硼原子空穴P型半导体掺入少量的三价元素硼（或铟）取代，形成共价键产生一个空位吸引束缚电子来填补受主原子硼原子成为不能移动的负离子空穴是多子，电子是少子Positive(3)、杂质半导体的示意表示法P型半导体N型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。
但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。
近似认为多子与杂质浓度相等。
小结4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。
N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。
5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。
1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。
2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。
3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。
一、PN结的形成利用掺杂工艺，将P型半导体和N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面处就形成了PN结。
1.1.3PN结N型半导体P型半导体PN结物质因浓度差会产生扩散运动N区自由电子浓度远高于P区。
P区空穴浓度远高于N区。
自由电子空穴空间电荷区，也称耗尽层。
扩散的结果是产生空间电荷区。
内电场E+-在电场力作用下，载流子产生的运动称为漂移运动自由电子空穴最终扩散和漂移这一对相反的运动达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。
多子的扩散运动空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散总结因浓度差由杂质离子形成空间电荷区达到平衡，空间电荷区宽度固定不变二、PN结的单向导电性PN结正向偏置PN+_外加电源将使扩散运动源源不断的进行，形成正向电流，PN结导通forwardbiasPN结反向偏置NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制。
少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。
PN结截止REReversebiasPN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，PN结截止。
总结Unilateralconductivity三、PN结VCR方程PN结两端的外电压u与流过PN结的电流i之间的关系UT:温度电压当量，=kTq，一般取值为26mv；k为玻耳曼常数T为热力学温度q为电子电荷量IS：反向饱和电流ABC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，在扩散过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！barriercapacityDiffusedcapacity1.2半导体二极管阴极引线阳极引线semiconductordiode1.2.1半导体二极管的结构类型按结构分类点接触型面接触型平面型(1)点接触型二极管PN结面积小不能通过较大的电流结电容小工作频率高适用于高频电路和小功率整流(2)面接触型二极管PN结面积大能通过较大的电流结电容大能在低频下工作一般仅作为整流管使用合金法PN结面积可大可小视结面积的大小用于大功率整流和开关电路中二极管的电路符号阳极阴极二端无源元件(3)平面型二极管扩散法半导体二极管图片1.2.2半导体二极管的伏安特性曲线二极管近似分析时：(1)二极管和PN结伏安特性的区别二极管存在半导体体电阻和引线电阻二极管表面漏电流单向导电性几点说明二极管的正向特性u＞00＜u＜UonUon开启电压正向电流为零u＞Uon开始出现正向电流，并按指数规律增长。
二极管的反向特性u0U(BR)＜u＜0反向电流很小u＞U(BR)反向电流急剧增加反向饱和电流反向击穿电压基本不随反向电压的变化而变化二极管发生击穿(2)不同材料二极管伏安特性的区别uVi锗材料硅材料硅材料PN结平衡时的耗尽层电势比锗材料的大0.51.0硅管0.6~0.8V导通压降硅管〈0.1μA反向饱和电流-10μA锗管0.1~0.3V锗管几十μA(3)温度对二极管伏安特性的影响ui80℃20℃正向区：温度升高，曲线左移反向区：温度升高，曲线下移1.2.3半导体二极管的参数二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。
二极管工作时允许外加的最大反向电压(1)最大整流电流IF与PN结结面积和散热条件有关(2)最高反向工作电压UR通常为击穿电压U(BR)的一半(3)反向电流IR二极管未被击穿时的反向电流一般是指最大反向工作电压下的反向电流值。
反向电流越小越好。
UR1.2.4二极管的等效电路二极管是非线性器件，由二极管构成电路是非线性电路。
分析困难用线性元件构成的电路来近似模拟二极管的特性二极管的等效电路多种等效电路，根据应用要求进行选择反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。
rd=uDiDIDUDuDiDrd与工作状态有关二极管的微变等效电路Q2Q11.微变等效电路1.微变等效电路2.由伏安特性折线化得到的等效电路正向压降为0反向电流为0正向压降为U反向电流为0直线斜率为1rd反向电流为0UUUrd理想二极管U[例1]电路如图所示，试判断二极管是导通还是截止，并求出AO两端电压UAO设二极管是理想的。
解：假设不成立，所以D导通，相当于导线，UAO=-6VBCVB=-6VVC=-12V假设二极管不导通[例2]电路如图所示，试判断二极管是导通还是截止，并求出AO两端电压UAO设二极管是理想的。
解：D1导通，短路D2截止，断路UAO=0V假设二极管不导通VB=-12VBCVC=-15VDVD=0V[例3]电路如图所示，设ui=6sinωtV，试绘出输出电压uo的波形，设D为理想二极管。
解：ui3VD截止uo=uiui3VD导通uo=3V单向限幅AB假设二极管不导通VA=3VVB=ui[例4]电路如图所示，设ui=6sinωtV，试绘出输出电压uo的波形，设D为理想二极管。
解：ui3VD1导通、D2截止uo=3Vui-2VD1截止、D2导通uo=-2Vui3V-2VD1截止D2截止uo=ui双向限幅ABCVA=3VVB=-2VVC=ui[练习]二极管开关电路如图所示，求输出电压VO的值。
设D为硅二极管，导通压降为0.7V。
解：D1导通，D2截止，VO=0.7+0=0.7V共阳极，阴极谁低谁导通共阴极，阳极谁低谁导通[例6]电路如图所示，设ui=6sinωtV，试绘出输出电压uo的波形，设D为硅二极管，导通压降为0.7V。
解：ui3.7VD截止uo=uiui3.7VD导通uo=3.7VVA=uiVB=3.7V[例7]电路如图所示，设ui=6sinωtV，试绘出输出电压uo的波形，设D为硅二极管，开启电压Uon=0.5V，电阻rd=200Ω。
解：ui3.5VD截止uo=uiui3.5VD导通uo=0.5+3ui-0.5-3800+200200=0.2ui+2.8BAVA=uiVB=3.5V1.2.5稳压二极管稳压二极管是硅材料制成的面接触型晶体二极管。
ui曲线越陡，电压越稳定。
UZ1、稳压管的伏安特性uUZ时作用同二极管u增加到UZ时，稳压管击穿(a)Voltage-regulationdiode2、稳压管的主要参数规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。
(1)稳定电压UZ稳压管低于此值稳压情况变坏，常记作IZmin(2)稳定电流IZ工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化量之比(3)动态电阻rZrZ=UZIZ(4)额定功耗PZMPZM=UZIZmax最大稳定电流(5)温度系数α表示温度每变化1℃稳压值的变化量[例1]电路如图所示，设ui=6sinωtV，试绘出输出电压uo的波形。
设DZ为硅稳压二极管，稳定电压为5V正向导通压降忽略不计。
解：ui-3VD导通uo=-3Vui-3VD截止uo=ui2V2VuiD反向击穿uo=2VABVB=uiVA=-3V[例2]稳压管的稳定电UZ=6V最小稳定电流IZmin=5mA最大稳定电流IZmax=25mA负载电阻RL=600Ω。
求限流电阻R的取值范围。
解：UO=UZ=6VIL=UORL6600=0.01A=10mA当IDZ=IZmin=5mA时IR=IDZ+IL=5+10=15mAR=UI-UOIR10-615×10-3=227Ω当IDZ=IZmax=25mA时IR=25+10=35mA10-635×10-3=114ΩR=114~227Ω1.3晶体三极管管中有两种不同极性的载流子参与导电，所以又称做双极型晶体管由两个PN结组合而成，是一种CCCS器件BJTCrystaltriode较薄，掺杂浓度低面积很大掺杂浓度很高集电结发射结NPN型PNN发射区集电区基区基极b发射极e集电极c1.3.1晶体管的结构及类型emitterbasecollector我国晶体管的型号命名方法3AX81以NPN型三极管为例讨论三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。
不具备放大作用1.3.2晶体管的电流放大作用三极管内部结构要求：NNPebc1.发射区高掺杂。
2.基区做得很薄。
通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。
外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。
3.集电结面积大。
三极管放大的外部条件：VBB共射放大电路电流单位：mA3537.538.338.839.5一、晶体管内部载流子的运动少数载流子的运动发射区多子浓度高，大量电子从发射区扩散到基区基区薄且多子浓度低，极少数扩散到基区的电子与空穴复合集电区面积大，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二、晶体管的电流分配关系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ICIE=IC+IBIE=IEN+IEP=ICN+IBN+IEPIC=ICN+ICBO三、晶体管的共射电流放大系数共射直流电流放大系数共射交流电流放大系数不太大时，可认为一、输入特性曲线为什么UCE增大曲线右移？对于小功率晶体管，UCE大于1V的任何一条输入特性曲线可以近似UCE大于1V的所有曲线。
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？1.3.3晶体管的共射特性曲线对应于一个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？二、输出特性曲线为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？输出特性曲线可以分为三个区域:iB=0，iC≈0截止区饱和区放大区截止区发射结电压小于开启电压集电结反偏uBE≤Uon且uCEuBE晶体管C、E之间相当于开路放大区输出特性曲线可以分为三个区域:放大区发射结正偏集电结反偏uBEUon且uCE≥uBE曲线基本平行等距。
输出曲线具有恒流特性饱和区输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区发射结正偏集电结正偏uBEUon且uCEuBEiC不仅与iB有关，而且明显随uCE的增大而增大uCE=uBE临界状态直流参数、交流参数、极限参数一、直流参数1.共射直流电流放大系数2.共基直流电流放大系数3.集电极基极间反向饱和电流ICBO集电极发射极间的穿透电流ICEO1.3.4晶体管的主要参数二、交流参数1.共发射极交流电流放大系数=iCiBUCE=const2.共基极交流电流放大系数αα=iCiEUCB=const3.特征频率fT值下降到1的信号频率1.最大集电极耗散功率PCMPCM=iCuCE三、极限参
冰点文库