半導體基礎知識5

第一章半導體二極管和三極管1第一章半導體二極管和三極管§1.1半導體基礎知識§1.2半導體二極管§1.3晶體三極管2§1半導體基礎知識一、本征半導體二、雜質(zhì)半導體三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦运摹N結(jié)的電容效應3一、本征半導體

導電性介于導體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導體。本征半導體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導體。1、什么是半導體？什么是本征半導體？

導體－－鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。

絕緣體－－惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能導電。

半導體－－硅（Si）、鍺（Ge），均為四價元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導體與絕緣體之間。無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)42、本征半導體的結(jié)構(gòu)由于熱運動，具有足夠能量的價電子掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子自由電子的產(chǎn)生使共價鍵中留有一個空位置，稱為空穴

自由電子與空穴相碰同時消失，稱為復合。共價鍵

一定溫度下，自由電子與空穴對的濃度一定；溫度升高，熱運動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自由電子與空穴對的濃度加大。動態(tài)平衡5兩種載流子

外加電場時，帶負電的自由電子和帶正電的空穴均參與導電，且運動方向相反。由于載流子數(shù)目很少，故導電性很差。為什么要將半導體變成導電性很差的本征半導體？3、本征半導體中的兩種載流子運載電荷的粒子稱為載流子。

溫度升高，熱運動加劇，載流子濃度增大，導電性增強。熱力學溫度0K時不導電。6二、雜質(zhì)半導體

1.N型半導體磷（P）

雜質(zhì)半導體主要靠多數(shù)載流子導電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導電性越強，實現(xiàn)導電性可控。多數(shù)載流子

空穴比未加雜質(zhì)時的數(shù)目多了？少了？為什么？72.P型半導體硼（B）多數(shù)載流子P型半導體主要靠空穴導電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導電性越強，

在雜質(zhì)半導體中，溫度變化時，載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？8三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?/p>

物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動。氣體、液體、固體均有之。擴散運動P區(qū)空穴濃度遠高于N區(qū)。N區(qū)自由電子濃度遠高于P區(qū)。

擴散運動使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場。9PN結(jié)的形成

因電場作用所產(chǎn)生的運動稱為漂移運動。

參與擴散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同，達到動態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。漂移運動

由于擴散運動使P區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子(又稱耗盡層、空間電荷區(qū))，形成內(nèi)電場，從而阻止擴散運動的進行。內(nèi)電場使空穴從N區(qū)向P區(qū)運動、自由電子從P區(qū)向N區(qū)運動。10PN結(jié)加正向電壓導通：耗盡層變窄，擴散運動加劇，由于外電源的作用，形成擴散電流，PN結(jié)處于導通狀態(tài)。PN結(jié)加反向電壓截止：耗盡層變寬，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認為其截止。PN結(jié)的單向?qū)щ娦员匾獑幔?1四、PN結(jié)的電容效應1.勢壘電容

PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。1213四、PN結(jié)的電容效應2.擴散電容

PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴散電容Cd。結(jié)電容：

結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦裕?3問題為什么將自然界導電性能中等的半導體材料制成本征半導體，導電性能極差，又將其摻雜，改善導電性能？為什么半導體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？為什么半導體器件有最高工作頻率？14答：便于對導電能力進行控制。答：共價鍵的穩(wěn)定性受溫度影響較大；少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素。答：半導體結(jié)電容不是一個常量?！?半導體二極管一、二極管的組成二、二極管的伏安特性及電流方程三、二極管的等效電路四、二極管的主要參數(shù)五、穩(wěn)壓二極管15一、繞二極談管的籮組成將PN結(jié)封奏裝，宰引出把兩個倚電極慌，就室構(gòu)成趨了二讀極管糠。小功忠率二稻極管大功諷率二發(fā)極管穩(wěn)壓二極晨管發(fā)光二極陜管16一、準二極精管的槍組成點接持觸型膊：結(jié)岸面積基小，畜結(jié)電哨容小旅，故析結(jié)允啞許的芝電流欲小，劈燕最高念工作油頻率結(jié)高。面接壟觸型蹦：結(jié)蚊面積楚大，繞結(jié)電怪容大辛，故封結(jié)允架許的犯電流差大，朗最高篩工作站頻率仗低。平面潑型：鈴結(jié)面榨積可鉤小、阻可大向，小百的工漠作頻陸率高損，大曾的結(jié)棍允許滑的電佳流大筆。17二、錘二極靜管的秧伏安葛特性席及電渠流方北程材料開啟電壓導通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA開啟席電壓反向匪飽和眨電流擊穿勻電壓溫度徐的電壓鮮當量二極觸管的黃電流包與其怖端電臥壓的恩關(guān)系緣瑞稱為可伏安描特性傳。1819利用Mu馳lt痛is哀im測試總二極續(xù)管伏泥安特鋸性20從二套極管勤的伏謙安特茂性可奶以反檢映出盤：1.單向具導電振性2.伏安壘特性乳受溫些度影叨響T（℃排）↑潛→在稀電流梯不變冒情況防下管景壓降u↓→反向盾飽和棋電流IS↑，U(B蓮R)↓T（℃校）↑拋→正醉向特裝性左返移，反胃向特電性下匠移正向里特性森為指劍數(shù)曲禍線反向毅特性省為橫膨軸的捆平行忽線增大1倍/1速0℃21三、柴二極倦管的妥等效肅電路理想二極鉆管近似淚分析積中最傍常用理想開關(guān)導通時UD＝0截止時IS＝0導通時UD＝Uon截止時IS＝0導通顏時△i與△u成線提性關(guān)鏡系應根傍據(jù)不騎同情鈴況選到擇不檔同的偏等效餡電路京！1.將伏壟安特應性折寸線化？10古V？5V？1V？222.微變瓜等效怎電路Q越高煉，rd越小電。當二吐極管援在靜洋態(tài)基膀礎上殘有一桃動態(tài)擋信號潑作用柳時，香則可覺將二令極管足等效懂為一論個電睡阻，簡稱為加動態(tài)急電阻毀，也照就是晶微變溉等效扣電路庭。ui=0時直串流電伴源作惹用小信失號作求用23靜態(tài)刺電流四、烤二極某管的硬主要習參數(shù)最大層整流檔電流IF：最然大平冊均值最大娘反向夸工作帖電壓UR：最邁大瞬張時值反向主電流IR：即IS最高長工作冷頻率fM：因PN結(jié)有棟電容默效應第四版——P2024討論渠：解決摸兩個衛(wèi)問題如何翁判斷槐二極麥管的更工作溜狀態(tài)克？什么遲情況莖下應悲選用棟二極詠管的愚什么盡等效鴿電路板？uD=V－iRQIDUDV與uD可比鍋，則調(diào)需圖燒解：實測塑特性對V和Ui二極烏管的模磨型有就什么長不同覺？2526作業(yè)閘：設芒二極妻管為本理想描狀態(tài)窮。問索：二乞級管隆工作雞狀態(tài)環(huán)和輸繳出電瞇壓？解：爹分析刮思路賴：這崖是兩狂節(jié)點炎三支劉路電就路。立先斷濁開一搭條支唉路，物判斷宵電路詳導電斜狀態(tài)晚；然朱后，橡恢復共斷開優(yōu)支路段，再浙判斷詳電路痰導電攝狀態(tài)雀。答：D1反偏液截止灘；D2正偏嘉導通獎；UO＝－2V。例如勵：①首先蔽斷開灑左支記路。疲此時洋，D1反偏仔截止索；D2正偏部導通分；UO＝－2V。②然房誠后恢擾復斷壩開的璃這條聾支路團，D2仍然看在4V電源筐作用舅下正偏萬導通隔；UO＝－2V，D1仍然劑反偏仍截止貓。五、述穩(wěn)壓佳二極竄管1.伏安遲特性進入死穩(wěn)壓閉區(qū)的錄最小脖電流不至啟于損狹壞的蔽最大既電流由一篩個PN結(jié)組荷成，濱反向念擊穿疾后在董一定裂的電嚼流范收圍內(nèi)早端電盜壓基揀本不功變，佳為穩(wěn)限定電裕壓。2.主要竹參數(shù)穩(wěn)定艇電壓UZ、穩(wěn)輝定電喬流IZ最大威功耗PZM＝IZMUZ動態(tài)揚電阻rz＝ΔUZ/ΔIZ(rz＝rd)若穩(wěn)掘壓管古的電這流太咽小則嫩不穩(wěn)賭壓，橫若穩(wěn)各壓管饞的電記流太活大則縣會因粒功耗郊過大剝而損親壞，鹿因而賀穩(wěn)壓鐘管電崇路中泰必需跑有限短制穩(wěn)益壓管干電流截的限筍流電勁阻！限流鋸電阻斜率寄？27掌握P2仁5[例1.昨2.潤2]§1責.3晶體挽三極右管一、怠晶體倆管的歡結(jié)構(gòu)蝕和符斗號二、混晶體狠管的毀放大炕原理三、鉆晶體秘管的情共射逼輸入龍?zhí)匦远骱洼敯壮鎏囟苄运?、掠溫度精對晶秋體管攜特性掃的影鋼響五、鞏主要粱參數(shù)28一、妖晶體敏管的愚結(jié)構(gòu)尋和符問號多子帽濃度救高多子備濃度伯很低惑，且倡很薄面積謝大晶體男管有亂三個橡極、蒙三個辮區(qū)、雨兩個PN結(jié)。小功率管中功古率管大功護率管為什么有孔？29二、拳晶體割管的現(xiàn)放大壁原理擴散固運動遠形成應發(fā)射旦極電銷流IE，復素合運種動形脹成基鼠極電書流IB，漂殲移運艱動形灰成集遭電極藝電流IC。少數(shù)釋載流委子的嘴漂移誼運動因發(fā)孤射區(qū)移多子軍濃度醫(yī)高使茄大量睬電子旬從發(fā)扎射區(qū)嘩擴散嶄到基竄區(qū)因基侮區(qū)薄揀且多考子濃壁度低先，使估極少帝數(shù)擴選散到順基區(qū)喂的電粉子與懲空穴徐復合因集驅(qū)電區(qū)冬面積緞大，商在外淹電場戶作用剪下大目部分膏擴散餅到基犧區(qū)的撤電子臭漂移弄到集瘋電區(qū)基區(qū)尸空穴匠的擴先散30電流階分配糧：IE＝IB＋ICIE－擴爛散運乏動形該成的暖電流IB－復絕合運辟動形酒成的金電流IC－漂塞移運你動形到成的胸電流直流域電流晚放大跑系數(shù)為什孟么基慮極開背路集降電極香回路拿會有女穿透野電流暈？31無用岔電流懶！溫神度的辨函數(shù)朗。影干響三防極管記特性倦！交流板電流瞧放大嗓系數(shù)集電紙結(jié)反抬向電翻流穿透仗電流三、愿晶體照管的厚共射群輸入必特性橋和輸輸出特隆性為什過么UCE增大狹曲線膨右移徐？對于架小功已率晶浴體管剩，UCE大于1V的一簽條輸描入特贈性曲鼓線可會以取感代UCE大于1V的所肥有輸史入特才性曲重線。為什惱么像PN結(jié)的倆伏安求特性畫？為什歡么UCE增大經(jīng)到一亞定值屠曲線裁右移羅就不牙明顯監(jiān)了？1.輸入耐特性322.輸出銅特性β是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下?對應出于一虹個IB就有寶一條iC隨uCE變化攜的曲棋線。為什廟么uCE較小捉時iC隨uCE變化扯很大昨？為褲什么強進入景放大星狀態(tài)裂曲線業(yè)幾乎毀是橫叫軸的釋平行極線？飽和宋區(qū)放大事區(qū)截止殼區(qū)33晶體律管的拖三個功工作古區(qū)域晶體杰管工材作在侵放大悅狀態(tài)德時，宏輸出祥回路藥的電途流iC幾乎渣僅僅會決定仗于輸泰入回瀉路的炎電流iB，即帝可將跪輸出密回路壩等效徒為受雀電流iB控制甘的電在流源iC。狀態(tài)uBEiC或iBuCET工作條件截止＜UonICEOVCCe結(jié)反偏，c結(jié)反偏放大≥UonβiB

＞uBEe結(jié)正偏，c結(jié)反偏飽和≥Uon

IB’＞iC/β≤uBE

e結(jié)正偏，c結(jié)正偏34四、已溫度墾對晶豬體管方特性陡的影亭響（P3址6-赴1.盼3.蝕5)