模電演示文稿第二章

1、模電演示文稿第二章第1頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四2.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí) 一、半導(dǎo)體材料 二、半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 三、本征半導(dǎo)體 四、雜質(zhì)半導(dǎo)體第2頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。 一、半導(dǎo)體材料2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第3頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四二、半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅晶體的空間排列2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第4頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 二、半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅

2、和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第5頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 三、本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)?？昭ü矁r(jià)鍵中的空位。電子空穴對(duì)由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對(duì)。空穴的移動(dòng)空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第6頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四空穴的移動(dòng)2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第7頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四四、雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主

3、要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。 P型半導(dǎo)體摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第8頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 1. N型半導(dǎo)體 因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無(wú)共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。 在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。 提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第9頁(yè)，共38頁(yè)，2

4、022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 2. P型半導(dǎo)體 因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。 在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成。 空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)。2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第10頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 本節(jié)中的有關(guān)概念 自由電子、空穴 N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子 施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第11頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期

5、四2.2 PN結(jié)的形成及特性一、PN結(jié)的形成二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?三、PN結(jié)的反向擊穿 四、PN結(jié)的電容效應(yīng)第12頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四NP+-ENP+-一、PN結(jié)的形成2.2PN結(jié)的形成及特性第13頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四消弱內(nèi)建電場(chǎng)ENP+-ENP+-熱平衡（動(dòng)態(tài)平衡）2.2PN結(jié)的形成及特性第14頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過(guò)程: 因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)

6、內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散 最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。 在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。 多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 2.2PN結(jié)的形成及特性第15頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡(jiǎn)稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡(jiǎn)稱反偏。 (1) PN結(jié)加正向電壓時(shí)PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 低電阻 大的正向擴(kuò)散電流PN結(jié)的伏安特性2.2PN結(jié)的形成及特性第16頁(yè)，共38頁(yè)，2

7、022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四PN結(jié)的伏安特性 二、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡(jiǎn)稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡(jiǎn)稱反偏。 (2) PN結(jié)加反向電壓時(shí)PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 高電阻 很小的反向漂移電流 在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱為反向飽和電流。 2.2PN結(jié)的形成及特性第17頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，

8、具有很小的反向漂移電流。 由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.2PN結(jié)的形成及特性第18頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 二、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?(3) PN結(jié)V- I 特性表達(dá)式其中PN結(jié)的伏安特性IS 反向飽和電流VT 溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（T=300K）2.2PN結(jié)的形成及特性第19頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 三、 PN結(jié)的反向擊穿 當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿不可逆 雪崩擊穿 齊納擊穿 電擊穿可逆2.2PN結(jié)的形成及特性第20頁(yè)，

9、共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四2.3 半導(dǎo)體二極管一、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)二、二極管的伏安特性三、二極管的參數(shù)第21頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 一、 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1) 點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖2.3半導(dǎo)體二極管第22頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四(3) 平面型二極管 往往用于集成電路制造藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路

10、中。(2) 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型(c)平面型(4) 二極管的代表符號(hào) 一、 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)2.3半導(dǎo)體二極管第23頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 二、 二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示硅二極管2CP10的V-I 特性鍺二極管2AP15的V-I 特性正向特性反向特性反向擊穿特性2.3半導(dǎo)體二極管第24頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 三、二極管的參數(shù)(1) 最大整流電流IF(2) 反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM(3) 反向電流IR(4) 正向壓降VF(5) 極間電

11、容CB2.3半導(dǎo)體二極管第25頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四半導(dǎo)體二極管圖片2.3半導(dǎo)體二極管第26頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四2.3半導(dǎo)體二極管第27頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四2.3半導(dǎo)體二極管第28頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四2.4 二極管基本電路及其分析方法一、二極管V- I 特性的建模二、應(yīng)用舉例第29頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 一、二極管V- I 特性的建模 1. 理想模型3. 折線模型 2. 恒壓降模型2.4二極管基本電路及其分析方

12、法第30頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 4. 小信號(hào)模型 二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。即根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)則常溫下（T=300K） 一、 二極管V- I 特性的建模2.4二極管基本電路及其分析方法第31頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四 應(yīng)用舉例 1. 二極管的靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k）（1）VDD=10V 時(shí)恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)（2）VDD=1V 時(shí)（自看）2.4二極管基本電路及其分析方法第32頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星

13、期四例2.4.2 提示 應(yīng)用舉例 2. 限幅電路2.4二極管基本電路及其分析方法第33頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四2.5 特殊二極管 2.5.1 穩(wěn)壓二極管第34頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四一、 穩(wěn)壓二極管1. 符號(hào)及穩(wěn)壓特性(a)符號(hào)(b) 伏安特性 利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)。2.5特殊二極管第35頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)40分，星期四(1) 穩(wěn)定電壓VZ(2) 動(dòng)態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。rZ =VZ /IZ(3)最大耗散功率 PZM(4)最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作電流 IZmin(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)VZ2. 穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)一、 穩(wěn)壓