《第1讲半导体器件精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1讲半导体器件精选文档.ppt（38页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第1讲半导体器件本讲稿第一页，共三十八页10.1.1 本征半导体本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅和现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si硅原子硅原子Ge锗原子锗原子10.1 半导体的基本知识半导体的基本知识本讲稿第二页，共三十八页硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除去表示除去价电子后的价电子后的原子原子完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体本征半导体。本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电
2、能力很弱。本讲稿第三页，共三十八页10.1.2杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。就会使半导体的导电性能发生显著变化。N型半导体型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）（主要载流子为电子，电子半导体）P型半导体型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）（主要载流子为空穴，空穴半导体）本讲稿第四页，共三十八页N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子+N型硅表示型硅表示SiPSiSi硅或锗硅或锗+少量磷少量磷 N型半导体型半导体本讲稿第五页，共三十八页空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子P型硅
3、表示型硅表示SiSiSiB硅原子硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动以移动硅或锗硅或锗+少量硼少量硼 P型半导体型半导体本讲稿第六页，共三十八页杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体本讲稿第七页，共三十八页10.2.1 PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型半导型半导体和体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了们的交界面处就形成了PN结。结。10.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管本讲稿第八页
4、，共三十八页P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动本讲稿第九页，共三十八页扩散的结果是使空间电荷扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区区逐渐加宽，空间电荷区越宽。越宽。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。本讲稿第十页，共三十八页漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子
5、的运动所以扩散和漂所以扩散和漂移这一对相反移这一对相反的运动最终达的运动最终达到平衡，相当到平衡，相当于两个区之间于两个区之间没有电荷运动，没有电荷运动，空间电荷区的空间电荷区的厚度固定不变。厚度固定不变。本讲稿第十一页，共三十八页10.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都的意思都是：是：P区加正、区加正、N区加负电压。区加负电压。PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都的意思都是：是：P区加负、区加负、N区加正电压。区加正电压。本讲稿第十二页，共三十八页PN结正向偏置结正向偏置+内电场减弱，使扩散加强，内电场减
6、弱，使扩散加强，扩散扩散 飘移，正向电流大飘移，正向电流大空间电荷区变薄空间电荷区变薄PN+_正向电流正向电流本讲稿第十三页，共三十八页PN结反向偏置结反向偏置+空间电荷区变厚空间电荷区变厚NP+_+内电场加强，使扩散停止，内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流反向饱和电流很小，很小，A级级本讲稿第十四页，共三十八页10.2.3 半导体二极管半导体二极管(1)、基本结构、基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PNPN符号符号阳极阳极阴极阴极本讲稿第十五页，共三十八页(2)、伏安特性、伏安特性UI导通
7、压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗管锗管0.20.3V。反向击穿电压反向击穿电压U(BR)死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.2V。UIE+-反向漏电流反向漏电流（很小，（很小，A级）级）本讲稿第十六页，共三十八页（3）静态电阻）静态电阻Rd，动态电阻，动态电阻 rDUQIQUS+-R静态工作点静态工作点Q（UQ，IQ）本讲稿第十七页，共三十八页（3）静态电阻）静态电阻Rd，动态电阻，动态电阻 rD静态电阻静态电阻：Rd=UQ/IQ （非线性）（非线性）动态电阻：动态电阻：rD=UQ/IQ在工作点在工作点Q附近，动态电阻附近，动态电阻近似为线性，故动态电阻又近似为线性，故动态
8、电阻又称为称为微变等效电阻微变等效电阻iuIQUQQ IQ UQ本讲稿第十八页，共三十八页例例1：二极管：死区电压：二极管：死区电压=0.5V，正向压降，正向压降 0.7V(硅二极管硅二极管)理想二极管：死区电压理想二极管：死区电压=0，正向压降，正向压降=0 RLuiuOuiuott二极管半波整流二极管半波整流本讲稿第十九页，共三十八页例例2：二极管的应用：二极管的应用(设设RC时间常数很小）时间常数很小）RRLuiuRuotttuiuRuoC本讲稿第二十页，共三十八页10.3 稳压二极管稳压二极管IZmax稳压二极管符号稳压二极管符号UIUZIZ稳压二极管特性曲线稳压二极管特性曲线IZmi
9、n当稳压二极管工作在当稳压二极管工作在反向击穿状态下反向击穿状态下,当当工作电流工作电流IZ在在Izmax和和 Izmin之间时之间时,其两其两端电压近似为常数端电压近似为常数正向同正向同二极管二极管稳定稳定电流电流稳定稳定电压电压本讲稿第二十一页，共三十八页例：稳压二极管的应用例：稳压二极管的应用RLuiuORDZiiziLUZ稳压二极管技术数据为：稳压值稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻，负载电阻RL=2k，输入电压，输入电压ui=12V，限流电，限流电阻阻R=200 。若。若负载电阻负载电阻变化范围为变化范围为1.5 k 4 k
10、 ，是否，是否还能稳压？还能稳压？本讲稿第二十二页，共三十八页RLuiuORDZiiziLUZUZW=10V ui=12VR=200 Izmax=12mAIzmin=2mARL=2k (1.5 k 4 k)iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）i=（ui-UZ）/R=（12-10）/0.2=10（mA）iZ=i-iL=10-5=5（mA）RL=1.5 k ,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4 k ,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）负载变化负载变化,但但i iZ Z仍在仍在12mA12mA和和2mA2mA之
11、间之间,所以稳压管仍能起稳压作用所以稳压管仍能起稳压作用本讲稿第二十三页，共三十八页10.4 半导体三极管半导体三极管10.4.1 基本结构基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型本讲稿第二十四页，共三十八页BECNPN型三极管型三极管BECPNP型三极管型三极管三极管符号三极管符号NPNCBEPNPCBE本讲稿第二十五页，共三十八页BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高本讲稿第二十六页，共三十八页
12、发射结发射结集电结集电结BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+本讲稿第二十七页，共三十八页10.4.2 电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBEc发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。IE1进入进入P区的电子少区的电子少部分与基区的空穴部分与基区的空穴复合，形成电流复合，形成电流IB ，多数扩散到集，多数扩散到集电结。电结。IB本讲稿第二十八页，共三十八页BECNNPEBRBEcIE从基区扩从基区扩散来的电
13、散来的电子漂移进子漂移进入集电结入集电结而被收集，而被收集，形成形成IC。IC2ICIB要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。本讲稿第二十九页，共三十八页静态电流放大倍数静态电流放大倍数静态电流放大倍数，动态电流放大倍数静态电流放大倍数，动态电流放大倍数 =IC/IBIC=IB动态电流放大倍数动态电流放大倍数IB：IB+IBIC：IC+IC =IC/IB一般认为：一般认为：=，近似为一常数，近似为一常数，值范围：值范围：20100 IC=IB本讲稿第三十页，共三十八页10.4.3 特性曲线特性曲线ICmA AVVUCEUBERB
14、IBUSCUSB 实验线路实验线路(共发射极接法共发射极接法)CBERC本讲稿第三十一页，共三十八页 IB 与与UBE的关系曲线（同二极管）的关系曲线（同二极管）（1）输入特性）输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V 死区电压，死区电压，硅管硅管0.5V工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.7V本讲稿第三十二页，共三十八页（2）输出特性）输出特性(IC与与UCE的关系曲线的关系曲线)IC(mA )1234UCE(V)3691240 A60 AQQ =IC/IB=2 mA/40 A=50 =IC/IB=(3-2)mA/(60-40)A=50 =IC/IB=3 m
15、A/60 A=50本讲稿第三十三页，共三十八页输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A当当UCE大于一定的数大于一定的数值时，值时，IC只与只与IB有关，有关，IC=IB,且且 IC=IB。此区域此区域称为线性称为线性放大区。放大区。此区域中此区域中UCE UBE,集集电结正偏，电结正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC。BE结正偏，结正偏，BC结正偏结正偏，即，即UCE UBE（UCE 0.3V，UBE 0.7V）(3)截止区截止区 UBE 死区电压，
16、死区电压，IB=0，IC=ICEO 0（ICEO穿透电流，很小，穿透电流，很小，A 级）级）本讲稿第三十五页，共三十八页例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？USB=-2V，IB=0，IC=0，Q位于截止区位于截止区 USB=2V，IB=(USB-UBE)/RB=(2-0.7)/70=0.019 mA IC=IB=50 0.019=0.95 mA ICS=2 mA，Q位于饱和位于饱和区区(实际上，此时实际上，此时IC和和IB 已不是已不是 的关系）的关系）本讲稿第三十七页，共三十八页三极管的技术数据：（自学）三极管的技术数据：（自学）（1）电流放大倍数）电流放大倍数（2）集）集-射间穿透电流射间穿透电流ICEO（3）集）集-射间反向击穿电压射间反向击穿电压UCEO(BR)（4）集电极最大电流）集电极最大电流ICM（5）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM本讲稿第三十八页，共三十八页