常用半導體器件

常用半導體器件

主要內(nèi)容：

§1-1．半導體基礎知識

§1-2．半導體二極管

§1-3．雙極型晶體管

§1-4．場效應管2021/8/231歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識一、本征半導體

純凈的、具有晶體結構的半導體稱為本征半導體。1.半導體

導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導體。大多數(shù)半導體器件所用的主要材料是硅（Si）和鍺（Ge）。2.結構原子結構2021/8/232歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識晶體結構原子規(guī)則排列形成共價鍵2021/8/233歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識3.本征激發(fā)和兩種載流子1）本征激發(fā)

共價鍵T=0K無載流子

束縛價電子

部分價電子自由電子光、熱作用擺脫共價鍵{

獲得足夠能量空位—稱空穴本征激發(fā)：指半導體在加熱或光照作用下，產(chǎn)生電子—空穴對的現(xiàn)象。

2021/8/234歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識2）載流子

電場作用自由電子

定向運動形成電子電流

電場作用空穴填補空穴的價電子作定向運動形成空穴電流兩種載流子：帶負電荷的自由電子電場電子電流極性相反電流方向同帶正電荷的空穴空穴電流運動方向相反2021/8/235歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識4.本征半導體中載流子的濃度復合：運動中的電子重新被共價鍵束縛起來，電子空穴對消失。

本征激發(fā)T一定復合動態(tài)平衡

ni=pi=K1T3/2e-EGO/(2kT)本征半導體特點：1）導電能力弱

2）熱不穩(wěn)定性熱敏元件、光敏元件2021/8/236歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識二、雜質(zhì)半導體在本征半導體中摻入微量的雜質(zhì)元素，成為雜質(zhì)半導體。1.N型半導體在本征半導體中摻入少量五價元素原子，稱為電子半導體或N型半導體。多數(shù)載流子：電子少數(shù)載流子：空穴

n>>p2021/8/237歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識2.P型半導體在本征半導體中摻入少量三價元素原子，稱為空穴半導體或P型半導體。多數(shù)載流子：空穴少數(shù)載流子：電子

p>>n2021/8/238歡迎下載可修改

§1-1．半導體基礎知識三、PN結將P型半導體與N型半導體制作在同一塊硅片上，在它們的交界面就形成PN結。1.PN結的形成漂移運動：載流子在電場作用下的定向運動。擴散運動：由于濃度差引起的非平衡載流子的運動。2021/8/239歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識

多子擴散形成空間電荷區(qū)建立內(nèi)電場少子漂移方向相反動態(tài)平衡Ij=02021/8/2310歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識2.PN結的單向導電性1）PN結外加正向電壓時處于導通狀態(tài)

外電場與內(nèi)電場的方向相反，空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場被削弱，多子擴散得到加強，少子漂移將被削弱，擴散電流大大超過漂移電流，最后形成較大的正向電流。

2021/8/2311歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識2）PN結外加反向電壓時處于截止狀態(tài)外電場與內(nèi)電場方向一致，空間電荷區(qū)變寬內(nèi)電場增強，不利于多子的擴散，有利于少子的漂移。在電路中形成了基于少子漂移的反向電流。由于少子數(shù)量很少，因此反向電流很小。結論：ＰＮ結具有單向導電性，即正偏導通，反偏截止。2021/8/2312歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識3.PN結的電流方程令:uT=kT/q

稱溫度電壓當量T=300K時，uT=26mV2021/8/2313歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識4.PN結的伏安特性u>0，正向特性:u>>UT,指數(shù)特性u<0，反向特性:u<<-UT，i≈-Is

u<UBR，擊穿特性:齊納擊穿、雪崩擊穿2021/8/2314歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識4.PN結的電容效應1）.勢壘電容（Cb)2021/8/2315歡迎下載可修改§1-1．半導體基礎知識2）.擴散電容

(Cd)Cj=Cb+Cd2021/8/2316歡迎下載可修改§1-2．半導體二極管一、二極管的構成及類型1.構成PN結+管殼+引線2021/8/2317歡迎下載可修改§1-2．半導體二極管2.類型2021/8/2318歡迎下載可修改§1-2．半導體二極管二、二極管的伏安特性1.二極管和PN結伏安特性的區(qū)別開啟電壓Uon2.溫度對二極管伏安特性的影響2021/8/2319歡迎下載可修改§1-2．半導體二極管三、二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IF2.最高反向工作電壓UR3.反向電流IR4.最高工作頻率fM2021/8/2320歡迎下載可修改§1-2．半導體二極管四、二極管的等效電路1.由伏安特性折線化得到的等效電路2021/8/2321歡迎下載可修改§1-2．半導體二極管2.二極管的微變等效電路2021/8/2322歡迎下載可修改§1-2．半導體二極管五、穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導體硅二極管。

1.穩(wěn)壓管的伏安特性

2021/8/2323歡迎下載可修改§1-2．半導體二極管2.穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1).穩(wěn)定電壓Uz2).穩(wěn)定電流Iz3）.額定功耗PZM4）.動態(tài)電阻rz5）.溫度系數(shù)α

2021/8/2324歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管一、晶體管的結構及類型雙極型晶體管（BJT）又稱晶體三極管、半導體三極管，簡稱晶體管。2021/8/2325歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管一、晶體管的結構及類型晶體管的結構示意圖晶體管的符號構成：三個區(qū)、三個極、兩個結2021/8/2326歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管二、晶體管的電流放大作用2021/8/2327歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管1.晶體管內(nèi)部載流子的運動1).發(fā)射結加正向電壓，擴散運動形成發(fā)射極電流IE2）擴散到基區(qū)的自由電子與孔穴的復合運動形成基極電流IB3）集電結加反向電壓，漂移運動形成集電極電流IC2、晶體管的電流分配關系IE=IEN+IEP=ICN+IBN+ICBOIC=ICN+ICBOIB=IBN+IEP-ICBO=IB，-ICBO又：IE=IC+IB2021/8/2328歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管3、晶體管的共射電流放大系數(shù)1）定義：共射直流電流放大系數(shù)2）定義：共射交流電流放大系數(shù)容易證明：2021/8/2329歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管3）定義：共基直流電流放大系數(shù)4）定義：共基交流電流放大系數(shù)容易證明：或2021/8/2330歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管三、晶體管的共射特性曲線1.輸入特性曲線2021/8/2331歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管三、晶體管的共射特性曲線1.輸出特性曲線2021/8/2332歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管1.輸出特性曲線1）.截止區(qū)2）.放大區(qū)3）.飽和區(qū)2021/8/2333歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管四、晶體管的主要參數(shù)1.直流參數(shù)1）共射直流電流放大系數(shù)2）共基直流電流放大系數(shù)3）極間反向電流集－基極反向截止電流ICBO

集－射極反向截止電流ICEO

2.交流參數(shù)1）共射交流電流放大系數(shù)β

2）共基交流電流放大系數(shù)3）特征頻率fF2021/8/2334歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管3.極限參數(shù)1）最大集電極耗散功率PCM

2）最大集電極電流ICM

3）極間反向擊穿電壓集－基極反向擊穿電壓UCBO

集－射極反向擊穿電壓UCEO射－基極反向擊穿電壓UEBO

2021/8/2335歡迎下載可修改§1-3．雙極型晶體管五、溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響1.溫度對ICBO的影響：溫度每升高100C,ICBO增加約一倍。2.溫度對輸入特性的影響3.溫度對輸出特性的影響2021/8/2336歡迎下載可修改§1-4．場效應管

場效應管(FET)是利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的一種半導體器件。

它僅靠半導體中的多數(shù)載流子導電，又稱單極型晶體管。一、類型及符號N溝道1.結型

P溝道

N溝道增強型

P溝道2.絕緣珊型

N溝道耗盡型

P溝道2021/8/2337歡迎下載可修改§1-4．場效應管二、特性曲線與電流方程(NJFET)1.漏極特性曲線1）可變電阻區(qū)：預夾斷前（UDS<UGS-UGS(off))特點：a)iD～UDS

線性

b)UDS→RDS（RDS=UDS/ID)2）恒流區(qū)：預夾斷后（UDS>UGS-UGS(off))特點：a)b)UDS↑→ID

幾乎不變（略增）3）夾斷區(qū)：夾斷后（UGS<UGS(off))特點：iD=02021/8/2338歡迎下載可修改§1-4．場效應管2.轉移特性曲線3.電流方程(UGS（off)<uGS<0)(UDS>UGS-UGS(off))2021/8/2339歡迎下載可修改§1-4．場效應管4.NEMOSFET特性曲線與電流方程2021/8/2340歡迎下載可修改§1-4．場效應管三、場效應管的主要參數(shù)1.直流參數(shù)1）開啟電壓UGS（th)2.交流參數(shù)2）夾斷電壓UGS（0ff)3）飽和漏極電流IDSS4）直流輸入電阻RGS（DC）1）低頻跨導gm2）極間電容

Cgs、Cgd、Cds2021/8/2341歡迎下載可修改§1-4．場效應管3.極限參數(shù)3）最大耗散功率PDM

1）最大漏極電流IDM

2）擊穿電壓漏－源擊穿電壓U（BR）DS珊－源擊穿電壓U（BR）GS

2021/8/2342歡迎下載可修改§1-4．場效應管四、FET與BJT的比較BJTFETBECGSD電流控電流源電壓控電流源兩種載流子導電多子導電NF↓NF↑2021/8/2343歡迎下載可修改1、只要朝著一個方向奮斗，一切都會變得得心應手。20.6.166.16.202010:0010:00:23Jun-2010:00

2、心不清則無以見道，志不確則無以定功。二〇二〇年六月十六日2020年6月16日星期二

3、有勇氣承擔命運這才是英雄好漢。10:006.16.202010:006.16.202010:0010:00:236.16.202010:006.16.2020

4、與肝膽人共事，無字句處讀書。6.16.20206.16.202010:0010:0010:00:2310:00:23

5、閱讀使人充實，會談使人敏捷，寫作使人精確。Tuesday,June16,2020June20Tuesday,June16,20206/16/2020

6、最大的驕傲于最大的自卑都表示心靈的最軟弱無力。10時0分10時0分16-Jun-206.16.2020

7、自知之明是最難得的知識。20.6.1620.6.1620.6.16。2020年6月16日星期二二〇二〇年六月十六日

8、勇氣通往天堂，怯懦通往地獄。10:0010:00:236.16.2020Tuesday,June16,20202021/8/2344歡迎下載可修改1、最困難的事就是認識自己。20.6.286.28.202020:1120:11:15Jun-2020:11

2、自知之明是最難得的知識。二〇二〇年六月二十八日2020年6月28日星期日

3、越是無能的人，越喜歡挑剔別人。20:116.28.202020:116.28.202020:1120:11:156.28.202020:116.28.2020

4、與肝膽人共事，無字句處讀書。6.28.20206.28.202020:1120:1120:11:1520:11:15

5、三軍可奪帥也。Sunday,June28,2020June20Sunday,June28,20206/28/2020

6、最大的驕傲于最大的自卑都表示心靈的最軟弱無力。8時11分8時11分28-Jun-206.28.2020

7、人生就是學