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1、关于常用半导体器第1页，讲稿共105张，创作于星期日 模拟电路与数字电路的区别模拟电路与数字电路的区别模拟电路：模拟电路：处理的信号是时间上处理的信号是时间上连续连续的信号的信号数字电路：数字电路：处理的信号是处理的信号是离散离散的信号的信号第2页，讲稿共105张，创作于星期日集集成成电电路路补充二、电子器件的发展二、电子器件的发展电电子子管管晶晶体体管管分分立立元元件件（SSI（100以下以下）MSI（103）LSI（104）超大规模超大规模VLSI（105以上）以上）1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一积大
2、、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一台计算机用了台计算机用了1.8万只电子管，占地万只电子管，占地170平方米，平方米，重重30吨，耗电吨，耗电150W。目前在一些大功率发射。目前在一些大功率发射装置中使用。装置中使用。1948年，肖克利等发明了晶体管，其年，肖克利等发明了晶体管，其性能在体积、重量方面明显优于电子性能在体积、重量方面明显优于电子管，但器件较多时由分立元件组成的管，但器件较多时由分立元件组成的分立电路体积大、焊点多、电路的可分立电路体积大、焊点多、电路的可靠性差。靠性差。1960年集成电路出现，成千上年集成电路出现，成千上万个器件集成在一块芯片，大万个器件集成在一块芯片，大大促
3、进了电子学的发展，尤其大促进了电子学的发展，尤其促进数字电路和微型计算机的促进数字电路和微型计算机的飞速发展。飞速发展。芯片中集成上万个等效门，目芯片中集成上万个等效门，目前高的已达上亿门。（摩尔定前高的已达上亿门。（摩尔定律）律）第3页，讲稿共105张，创作于星期日 深入理解模拟电路的基本概念深入理解模拟电路的基本概念 掌握典型电路的结构及分析方法掌握典型电路的结构及分析方法第4页，讲稿共105张，创作于星期日考核标准：考核标准：总评成绩总评成绩=平时成绩平时成绩 50%+期中考试期中考试 20%+期末考试期末考试 30%平时成绩：出勤平时成绩：出勤10分，笔记分，笔记20分，作业分，作业2
4、0分分每次讲新课要检查笔记，每次课有课后作每次讲新课要检查笔记，每次课有课后作业和课堂作业业和课堂作业为大专四科统考课程之一，最终考试时有为大专四科统考课程之一，最终考试时有30分为本校老师给的平时分。分为本校老师给的平时分。第5页，讲稿共105张，创作于星期日 一、半导体基础知识二、晶体二极管三、特殊二极管四、双极型晶体管五、场效应管 第6页，讲稿共105张，创作于星期日半导体的特性半导体的特性本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体第7页，讲稿共105张，创作于星期日1、何谓半导体何谓半导体物体分类物体分类导体导体 导电率为导电率为10105 5s.cms.cm-1-1，量级，如金属量级，
5、如金属绝缘体绝缘体 导电率为导电率为1010-22-22-10-10-14-14 s.cms.cm-1-1量级，如：量级，如：橡胶、云母、塑料等。橡胶、云母、塑料等。导电能力介于导体和绝缘体之间。导电能力介于导体和绝缘体之间。如：如：硅、锗、砷化镓等。硅、锗、砷化镓等。半导体半导体2、半导体特性半导体特性掺入杂质则导电率急剧增加掺入杂质则导电率急剧增加掺杂特性掺杂特性半导体器件半导体器件温度增加使导电率大为增加温度增加使导电率大为增加温度特性温度特性热敏器件热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照特性光照特性光敏器件光敏器件光电器件光电器件第
6、8页，讲稿共105张，创作于星期日本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：纯度：99.9999999%，“九个九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体常用的本征半导体Si+142 8 4Ge+322 8 18 4+4第9页，讲稿共105张，创作于星期日本征半导体本征半导体 +4+4+4+4+4+4+4+4+4完完全全纯纯净净的的、不不含含其其他他杂杂质质且且具具有有晶晶体体结结构构的的半半导导体体称称为为本征半导体本征半导体。将将硅硅或或锗锗材材料料提提纯纯便便形形成成单单晶晶体体，它它的的原原子子结结构
7、构为为共共价价键键结结构。构。价价电电子子共共价价键键图图1.1.2单晶体中的共价键结构单晶体中的共价键结构当当温温度度T=0 K时时，半半导导体不导电，如同绝缘体。体不导电，如同绝缘体。第10页，讲稿共105张，创作于星期日 本征半导体的原子结构和共价键本征半导体的原子结构和共价键共价键内的电子称为束缚电子挣脱原子核束缚的电子称为自由电子价带中留下的空位称为空穴外电场外电场E自由电子定向移动形成电子流束缚电子填补空穴的定向移动形成空穴流12第11页，讲稿共105张，创作于星期日+4+4+4+4+4+4+4+4+4图图1.1.3本征半导体中的本征半导体中的自由电子和空穴自由电子和空穴自由电子自
8、由电子空穴空穴若若T，将将有有少少数数价价电电子子克克服服共共价价键键的的束束缚缚成成为为自自由由电电子子，在在原原来来的的共共价价键键中中留留下一个空位下一个空位空穴。空穴。T 自自由由电电子子和和空空穴穴使使本本征征半半导导体体具具有有导导电电能能力力，但但很很微弱。微弱。空空穴穴可可看看成成带带正正电电的的载载流流子。子。第12页，讲稿共105张，创作于星期日本征半导体本征半导体1.本征半导体中有两种载流子本征半导体中有两种载流子自由电子和空穴自由电子和空穴它们是成对出现的它们是成对出现的2.在外电场的作用下，产生电流在外电场的作用下，产生电流电子流和空穴流电子流和空穴流电子流电子流自由
9、电子作定向运动形成的自由电子作定向运动形成的与外电场方向相反与外电场方向相反空穴流空穴流价电子递补空穴形成的价电子递补空穴形成的与外电场方向相同与外电场方向相同由此我们可以看出：由此我们可以看出：第13页，讲稿共105张，创作于星期日本征半导体本征半导体 本征半导体的载流子的浓度本征半导体的载流子的浓度结论结论1.本征半导体中本征半导体中电子浓度电子浓度ni i=空穴浓度空穴浓度pi i 2.载流子的浓度与载流子的浓度与T等有关等有关 第14页，讲稿共105张，创作于星期日总结：总结：导体：导电性能良好的金属，如：铜、银和铝等；导体：导电性能良好的金属，如：铜、银和铝等；半导体：导电性能介于导
10、体和绝缘体之间的物质，一般为半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，一般为四价元素，如硅、锗等；四价元素，如硅、锗等；本征半导体：完全纯净、结构完整的半导体晶体；本征半导体：完全纯净、结构完整的半导体晶体；共价键：原子和原子之间共用的价电子对，让每个共价键：原子和原子之间共用的价电子对，让每个原子都有八个价电子的稳定结构；原子都有八个价电子的稳定结构；本征激发：纯净半导体受热和受光照时，共价键的本征激发：纯净半导体受热和受光照时，共价键的价电子跳出共价键成为自由电子，失去价电子的共价电子跳出共价键成为自由电子，失去价电子的共价键空位称为空穴，也能参与导电。价键空位称为空穴，也能参与导电。第
11、15页，讲稿共105张，创作于星期日1半导体中传导电流的载流子是（半导体中传导电流的载流子是（）。）。A电子电子B空穴空穴C自由电子和空穴自由电子和空穴D杂质离子杂质离子2半导体主要靠空穴导电。（半导体主要靠空穴导电。（）3.本征半导体中的载流子由本征激发产生。（本征半导体中的载流子由本征激发产生。（）4制作半导体器件时，使用最多的半导体材料是制作半导体器件时，使用最多的半导体材料是和和。5在热和光作用下，半导体中同时出现电子流和空穴在热和光作用下，半导体中同时出现电子流和空穴流（）流（）6.本征激发产生的电子空穴对的浓度随温度的升高而减少本征激发产生的电子空穴对的浓度随温度的升高而减少.（）
12、7半导体主要靠空穴和离子导电。（半导体主要靠空穴和离子导电。（）6半导体中导电的不仅有半导体中导电的不仅有，而且还有，而且还有，这是半导体区别，这是半导体区别导体导电的重要特征。导体导电的重要特征。7纯净半导体又称纯净半导体又称半导体，其内部空穴和自由电子数半导体，其内部空穴和自由电子数。第16页，讲稿共105张，创作于星期日1.1.2杂质半导体杂质半导体杂质半导体有两种杂质半导体有两种N型半导体型半导体P型半导体型半导体一、一、N型半导体型半导体在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的5价价杂杂质质元元素素，如如磷磷P15、锑锑Sb51、砷砷As33等等，即即构构成成N型型半半导
13、导体体(或或称称电电子型半导体子型半导体)。常用的常用的5价杂质元素有磷、锑、砷等。价杂质元素有磷、锑、砷等。第17页，讲稿共105张，创作于星期日+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子自由电子施主原子施主原子图图1.1.4N型半导体的晶体结构型半导体的晶体结构第18页，讲稿共105张，创作于星期日本本征征半半导导体体掺掺入入5价价元元素素后后，原原来来晶晶体体中中的的某某些些硅硅原原子子将将被被杂杂质质原原子子代代替替。杂杂质质原原子子最最外外层层有有5个个价价电电子子，其其中中4个个与与硅硅构构成成共共价价键键，多多余余一一个个电电子子只只受受自自身身原原子子核核吸引，在室温下即
14、可成为自由电子。吸引，在室温下即可成为自由电子。自自由由电电子子浓浓度度远远大大于于空空穴穴的的浓浓度度，即即np。电电子子称称为为多多数数载载流流子子(简简称称多多子子)，空空穴穴称称为为少少数数载载流流子子(简简称称少少子子)。第19页，讲稿共105张，创作于星期日N型型杂质半导体的的简化表示法杂质半导体的的简化表示法第20页，讲稿共105张，创作于星期日二、二、P型半导体型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的3价价杂杂质质元元素素，如如硼硼B5、镓镓Ga31、铟、铟In49等，即构成等，即构成P型半导体型半导体。+3空空穴穴浓浓度
15、度多多于于电电子子浓浓度度，即即p n。空空穴穴为为多多数数载载流流子子，电子为少数载流子。，电子为少数载流子。3价价杂杂质质原原子子称称为为受受主主原子。原子。受主受主原子原子空穴空穴图图1.1.5P型半导体的晶体结构型半导体的晶体结构第21页，讲稿共105张，创作于星期日P型型杂质半导体的的简化表示法杂质半导体的的简化表示法第22页，讲稿共105张，创作于星期日杂质半导体杂质半导体杂质半导体有两种杂质半导体有两种N型半导体型半导体P型半导体型半导体一、一、N型半导体型半导体在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的5价价杂杂质质元元素素，即即构构成成N型型半半导导体体(或或称称电
16、电子子型型半半导导体体)。自自由由电电子子浓浓度度远远大大于于空空穴穴的的浓浓度度，自自由由电电子子称称为为多多数数载载流流子子(简简称称多多子子)，空空穴穴称称为为少少数载流子数载流子(简称简称少子少子)。二、二、P型半导体型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的在硅或锗的晶体中掺入少量的3价价杂质元素，即构成杂质元素，即构成P型半导体（或称）型半导体（或称）空穴浓度多于电子浓度，空穴浓度多于电子浓度，空穴为多数空穴为多数载流子载流子，电子为少数载流子。，电子为少数载流子。第23页，讲稿共105张，创作于星期日说明：说明：1.掺掺入入杂杂质质的的浓浓度度决决定定多多数数载载流流子子浓浓度度；温温度
17、度决决定定少少数载流子数载流子的浓度。的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示。杂质半导体的表示方法如下图所示。2.杂杂质质半半导导体体载载流流子子的的数数目目要要远远远远高高于于本本征征半半导导体体，因因而其导电能力大大改善。而其导电能力大大改善。(a)N型半导体型半导体(b)P型半导体型半导体图图1.1.6杂质半导体的的简化表示法杂质半导体的的简化表示法第24页，讲稿共105张，创作于星期日1在本征半导体中掺入（在本征半导体中掺入（）价元素杂质）价元素杂质,就形成就形成P型半导型半导体。体。A三三B五五C四四D两两2N型半导体中
18、多数载流子是（型半导体中多数载流子是（）。）。A正离子正离子B负离子负离子C自由电子自由电子D空穴空穴3在半导体中掺入任何元素就形成称杂质半导体。（在半导体中掺入任何元素就形成称杂质半导体。（）4在在P型半导体中，空穴多于电子，所以带正电。（型半导体中，空穴多于电子，所以带正电。（）5在本征半导体硅中，掺入三价微量元素，就形成在本征半导体硅中，掺入三价微量元素，就形成 型半导体，它的多子是型半导体，它的多子是。少子是。少子是。第25页，讲稿共105张，创作于星期日杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高。掺入三价元素，如掺入三价元素，如B（硼）、（硼）、Al（铝）
19、（铝）等，形成等，形成P型半导体，也称空穴型半导体。型半导体，也称空穴型半导体。掺入五价元素，如掺入五价元素，如P（磷）、砷（磷）、砷（As）等，形）等，形成成N型半导体，也称电子型半导体。型半导体，也称电子型半导体。第26页，讲稿共105张，创作于星期日PN结结晶体二极管晶体二极管特殊类型的二极管特殊类型的二极管第27页，讲稿共105张，创作于星期日P区区N区区扩散运动扩散运动载流子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动形成的电流成为扩散电流内电场内电场内电场阻碍多子向对方的扩散即阻碍扩散运动同时促进少子向对方漂移即促进了漂移运动扩散运动扩散运动=漂移运动时漂移运动时达到达到动态平衡动态平衡
20、3第28页，讲稿共105张，创作于星期日PNPN结的形成结的形成内内 电电 场场 阻阻 止止 多多 子子 扩扩 散散 因浓度差因浓度差多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移扩散运动扩散运动多子从浓度大向浓度小的区域扩散多子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动。称扩散运动。扩散运动产生扩散电流。扩散运动产生扩散电流。漂移运动漂移运动少子向对方漂移少子向对方漂移,称漂移运动。称漂移运动。漂移运动产生漂移电流。漂移运动产生漂移电流。动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流=漂移电流，漂移电流，
21、PNPN结内总电流结内总电流=0=0。PN PN 结结稳定的空间电荷区稳定的空间电荷区，又称势垒区，又称势垒区，也称耗尽层。，也称耗尽层。第29页，讲稿共105张，创作于星期日 V PNPN结的接触电位结的接触电位 内电场的建立，使内电场的建立，使PNPN结中产生电位结中产生电位差。从而形成接触电位差。从而形成接触电位V 接触电位接触电位V 决定于材料及掺杂浓度决定于材料及掺杂浓度硅：硅：V=0.7=0.7锗：锗：V=0.2=0.2第30页，讲稿共105张，创作于星期日1.PN1.PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 外电场方向与外电场方向与PN结内电结内电场方向相反，削弱了内
22、电场方向相反，削弱了内电场。场。于是内电场对多子扩散运于是内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响。流，可忽略漂移电流的影响。PN结呈现低阻性。结呈现低阻性。P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加区的电位，称为加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；也就是；也就是正偏就是正偏就是P P区接电源的正极，区接电源的正极，N N区接电源的负极区接电源的负极内内4外外第31页，讲稿共105张，创作于星期日2.PN2.PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 外电场与外电场与PN结内电场方
23、向结内电场方向相同，增强内电场。相同，增强内电场。内电场对多子扩散运动内电场对多子扩散运动阻碍增强，扩散电流大大减阻碍增强，扩散电流大大减小。少子在内电场的作用下小。少子在内电场的作用下形成的漂移电流加大。形成的漂移电流加大。此时此时PN结区少子漂移电流大结区少子漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流。于扩散电流，可忽略扩散电流。PN结呈现高阻性。结呈现高阻性。P区的电位低于区的电位低于N区的电位，称为加区的电位，称为加反向电压反向电压，简称，简称反偏反偏；反偏就是反偏就是P区接电源的负极，区接电源的负极，N区接电源的正极区接电源的正极内内5外外第32页，讲稿共105张，创作于星期日由此可以得出
24、结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。PN结加正向电压时，呈现低结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。电阻，具有很小的反向漂移电流。45第33页，讲稿共105张，创作于星期日 势垒势垒电容电容CT势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加反偏电压使势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加反偏电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当相当PN结中存储的电荷量也随
25、之变化，犹如电容的充放电。结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。第34页，讲稿共105张，创作于星期日扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。结的另一侧面积累而形成的。因因PN结正偏时，由结正偏时，由N区扩散到区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在P区内紧区内紧靠靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。扩散电容扩散电容CDPNPN结电容效应结电容效应当外加正向电压当外加正向电压
26、不同时，扩散电流即不同时，扩散电流即外电路电流的大小也外电路电流的大小也就不同。所以就不同。所以PN结两结两侧堆积的多子的浓度侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这梯度分布也不同，这就相当电容的充放电就相当电容的充放电过程。过程。第35页，讲稿共105张，创作于星期日结电容=势垒电容+扩散电容势垒电容和扩散电容均是非线性电容，并同时存在结电容与PN结的结面积成正比PN结正偏时，以扩散电容为主PN结反偏时，以势垒电容为主PNPN结电容效应结电容效应第36页，讲稿共105张，创作于星期日反向击穿反向击穿PN结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电流激结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电流激增的现
27、象。增的现象。雪崩击穿雪崩击穿当反向电压增高时，当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增。成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增。齐纳击穿齐纳击穿当反向电压较大时，当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子拉出来，形成大量载流子,使反向电流使反向电流激增。激增。击穿是可逆。掺杂浓度小的二极管容易发生击穿是可逆。掺杂浓度大的二极管容易发生不可逆击穿不可逆击穿热击穿热击穿PN结的电流或电压较大，使结的电
28、流或电压较大，使PN结耗结耗散功率超过极限值，使结温升高，导散功率超过极限值，使结温升高，导致致PN结过热而烧毁。结过热而烧毁。第37页，讲稿共105张，创作于星期日总结第38页，讲稿共105张，创作于星期日1PN结形成后，它的最大特点是具有（）。A导电性 B 绝缘性 C 单向导电性 D线性2硅二极管的导通电压为（）伏。A0.7 B0.5 C0.2 D0.13.PN结反偏时，反向电流主要由少子的（）运动形成。.A漂移 B扩散 C.定向 D直线第39页，讲稿共105张，创作于星期日4二极管在正向导通时，管压降为07V左右。（）5.PN结正偏时电阻小，反偏时电阻大。（）6PN结正偏是指P区接电源
29、极，N区接电源 极。7.PN结加正向电压时 ，加反向电压时 。8PN结反偏是指P区接电源 极，N区接电源 极。第40页，讲稿共105张，创作于星期日 晶体晶体二极管的结构类型二极管的结构类型在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分二极管按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路PN结面积大，用于工频大电流整流电路往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。第41页，讲稿共105张，创作于星期日晶体二极管晶体二极管 晶体晶体二极管的伏安特性二极管的伏
30、安特性是指二极管两是指二极管两端电压端电压和流过二极管和流过二极管电流电流之间的关系。之间的关系。由由PN结电流方程求出理想的伏安特性曲线，结电流方程求出理想的伏安特性曲线，IU1.1.当加正向电压时当加正向电压时PN结电流方程为：结电流方程为：2.2.当加反向电压时当加反向电压时I随随U，呈指数规率，呈指数规率I=-Is 基本不变基本不变第42页，讲稿共105张，创作于星期日晶体二极管晶体二极管 晶体晶体二极管的伏安特性二极管的伏安特性1 1.正向起始部分存在一个正向起始部分存在一个门槛或阈值，称为门槛或阈值，称为门限门限电压电压。硅：硅：U Ur=0.5-0.6V;r=0.5-0.6V;锗
31、：锗：U Ur=0.1-0.2Vr=0.1-0.2V。2.2.加反向电压时，反向电加反向电压时，反向电流很小流很小即即Is硅硅(nA)0.7V时，二极管导通，导通后，时，二极管导通，导通后，UD=0.7V锗管：当锗管：当UD0.3V时，二极管导通，导通后，时，二极管导通，导通后，UD=0.3V 稳压管是一种应用很广的特殊类型的二极管，工作区在反向击稳压管是一种应用很广的特殊类型的二极管，工作区在反向击穿区。可以提供一个稳定的电压。使用时注意加限流电阻。穿区。可以提供一个稳定的电压。使用时注意加限流电阻。晶体二极管基本用途是整流稳压和限幅。晶体二极管基本用途是整流稳压和限幅。半导体光电器件分光敏
32、器件和发光器件，可实现光半导体光电器件分光敏器件和发光器件，可实现光电、电电、电光转换。光电二极管应在反压下工作，而发光二极管应在光转换。光电二极管应在反压下工作，而发光二极管应在正偏电压下工作。正偏电压下工作。小小结结第60页，讲稿共105张，创作于星期日重点重点：晶体二极管的原理、伏安特性及电流方程晶体二极管的原理、伏安特性及电流方程。难点难点：1.1.两种载流子两种载流子 2.PN2.PN结的形成结的形成 3 3.单向导电性单向导电性 4.4.载流子的运动载流子的运动重点难点重点难点第61页，讲稿共105张，创作于星期日半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举
33、例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：第62页，讲稿共105张，创作于星期日半导体二极管图片半导体二极管图片第63页，讲稿共105张，创作于星期日半导体二极管图片半导体二极管图片第64页，讲稿共105张，创作于星期日半导体二极管图片半导体二极管图片第65页，讲稿共105张，创作于星期日晶体三极管的工作原理晶体三极管的工作原理三极管的伏安特性曲线三极管的伏安特性曲线三极管的特性参数三极管的特性参数第66页，讲稿共105张，创作于星期日 三极管的结构三极管的结构E-B间的PN结称为发射结(Je)C-B间的PN结成为集电结(Jc)从结构上看主要有两种类型：从结构上看主要有两种类型：NPN型
34、型PNP型型发射区集电区基区发射极E基极B集电极C第67页，讲稿共105张，创作于星期日 三极管的结构三极管的结构1.由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结2.发射区掺杂浓度比集电区高得多发射区掺杂浓度比集电区高得多基区掺杂低基区掺杂低,且很薄。且很薄。BECBEC第68页，讲稿共105张，创作于星期日工作原理工作原理工作原理工作原理 三极管内部载流子的传输规律三极管内部载流子的传输规律三极管各区的作用三极管各区的作用:发射区向基区提供载流子发射区向基区提供载流子基区传送和控制载流子基区传送和控制载流子集电区收集载流子集电区收集载流子发射结加正向电
35、压发射结加正向电压集电结加反向电压集电结加反向电压三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压才能起放大作用。压才能起放大作用。放大作用的外部条件放大作用的外部条件发射结加正向电压即发射结正偏发射结加正向电压即发射结正偏集电结加反向电压即集电结反偏集电结加反向电压即集电结反偏第69页，讲稿共105张，创作于星期日PNPebcIEIBIPCICBOIBIC工作原理工作原理工作原理工作原理载流子的传输规律载流子的传输规律1.发射区向基区扩散空穴，形成发射极电流。发射区向基区扩散空穴，形成发射极电流。2.空穴在基区扩散和复合，形成了基区复合电流空穴在基区扩散和复
36、合，形成了基区复合电流IB。3.集电极收集从发射区扩散到基区的空穴，形成了电流集电极收集从发射区扩散到基区的空穴，形成了电流IPC。同时由于集电结反偏，少子在电场的作用下形成了漂移电流同时由于集电结反偏，少子在电场的作用下形成了漂移电流ICBO，影，影响响IB和和IC。可得电流之间的分配关系可得电流之间的分配关系IB=IB-ICBOIC=IPC+ICBOIE=IB+IC共基极电路第70页，讲稿共105张，创作于星期日工作原理工作原理共基极直流放大系数共基极直流放大系数从发射区注入的载流子到达集电极部分所占的从发射区注入的载流子到达集电极部分所占的百分比百分比由前面得到的电流之间的分配关系由前面
37、得到的电流之间的分配关系IC=IPC+ICBO可得：可得：的数值一般在的数值一般在0.90.99之间。之间。说明从发射区注入的载流子说明从发射区注入的载流子绝大部分到达集电区绝大部分到达集电区，只有一，只有一小小部分在基区复合。部分在基区复合。第71页，讲稿共105张，创作于星期日工作原理工作原理工作原理工作原理EBECRbRcIBICIEECEB 共发射极连接的工作原理共发射极连接的工作原理IB=IB-ICBOIC=IPC+ICBOIE=IB+IC输入电流输出电流共射直流放大系数当当IB=0时时穿透电流由由IBICBO第72页，讲稿共105张，创作于星期日工作原理工作原理 共发射极连接的工作
38、原理共发射极连接的工作原理EBECRbRcibicie+-Ui Uo共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数 共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数 =IC/IB UCE=C=IC/IE UCB=C共射电路的电压放大倍数共射电路的电压放大倍数第73页，讲稿共105张，创作于星期日 电流放大系数电流放大系数共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数 共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数 =Ic/Ib（Uce=0）=Ic/Ie （Ucb=0）共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数第74页，讲稿共105张，创作于星期日工作原理工作原理工作原理工作原理 三
39、极管的三种组态三极管的三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种三种接法也称三种组态组态：共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CCCC表示表示;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CBCB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CECE表示；表示；第75页，讲稿共105张，创作于星期日三极管的伏安特性三极管的伏安特性指管
40、子各电极的电压与电流的关系曲线指管子各电极的电压与电流的关系曲线B B是输入电极，是输入电极，C C是输出电极，是输出电极，E E是公共电极。是公共电极。I Ib b是输入电流，是输入电流，U Ubebe是输入电压是输入电压，加在，加在B B、E E两电极之间。两电极之间。I IC C是输出电流，是输出电流，U Ucece是输出电压是输出电压，从，从C C、E E两电极取出。两电极取出。输入特性曲线输入特性曲线:I Ib b=f f(U Ubebe)U Ucece=C=C输出特性曲线输出特性曲线:I IC C=f f(U Ucece)I Ib b=C=C本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线：本
41、节介绍共发射极接法三极管的特性曲线：第76页，讲稿共105张，创作于星期日特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线 三极管输入特性曲线三极管输入特性曲线1.Uce=0V时，发射极与集电极短路，时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏。发射结与集电结均正偏。2.当当Uce1V时，时，Ucb=Uce-Ube0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收集载流子，且基区复合减少，集载流子，且基区复合减少，IC/IB增大，特性曲线将向右稍微移动一增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但些。但Uce再增加时，曲线右移很再增加时，曲线右移很不明显。通常只画一条。不明显。通常只画一条。输入特性曲线分
42、三个区输入特性曲线分三个区 非线性区非线性区 死区死区 线性区线性区正常工作区，发射极正偏 NPN Si:Ube=0.60.7VPNP Ge:Ube=0.20.3V第77页，讲稿共105张，创作于星期日特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线 三极管输出特性曲线三极管输出特性曲线I IC C=f f(U Ucece)I Ib b=C=C2-2饱和区饱和区:(1)IC受受Uce显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内Uce的数值较小，一般的数值较小，一般Uce0.7V(硅管硅管)。发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏集电结正偏(2)Uces=0.3V左右左右截止区：截止区：Ib=0的曲线的下方的区
43、域的曲线的下方的区域Ib=0Ic=IceoNPN：Ube 0.5V,管子就处于截止态管子就处于截止态通常该区：通常该区：发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏。输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:第78页，讲稿共105张，创作于星期日特性曲线特性曲线 三极管输出特性曲线三极管输出特性曲线放大区放大区IC平行于平行于Uce轴的区域，曲线基本平行等距。轴的区域，曲线基本平行等距。(1)发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏，集电结反偏，电压电压Ube大约大约0.7V左右左右(硅管硅管)。(2)Ic=Ib,即即Ic主要受主要受Ib的控制。的控制。2-2判断三极管工作状态的依
44、据：判断三极管工作状态的依据：饱和区饱和区:发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏截止区：截止区：发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏或：或：Ube 0.5V（Si)Ube 0.2V（Ge)放大区放大区:发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。第79页，讲稿共105张，创作于星期日集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM当集电极电流增加时，当集电极电流增加时，就要下降，当就要下降，当 值值下降到下降到线性放大区线性放大区 值的值的2/3时所对应的最大集电极电流。时所对应的最大集电极电流。极限参数极限参数特性参数特性参数特性参数特性参数当当ICICM时，并不表示三极管时，
45、并不表示三极管会损坏。只是管子的放大倍数会损坏。只是管子的放大倍数降低。降低。集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICUce因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用在集电结上。在计算时往往用Uce取代取代Ucb。第80页，讲稿共105张，创作于星期日小小结结 晶体三极管是电流控制元件，通过控制基极电流或射极电流可以控制晶体三极管是电流控制元件，通过控制基极电流或射极电流可以控制集电极电流。集电极电流。要使三极管正常工作并有放大作用，管子的要
46、使三极管正常工作并有放大作用，管子的发射结发射结必须必须正向偏置正向偏置，集电结集电结必须必须反向偏置反向偏置。三极管的特性可用输入和输出特性曲线来表示，也可用特性参数来表三极管的特性可用输入和输出特性曲线来表示，也可用特性参数来表示。主要的特性参数有：电流放大系数示。主要的特性参数有：电流放大系数、，极间反向电流极间反向电流Icbo、Iceo，极限参数，极限参数ICM、PCM和和BUCEO。第81页，讲稿共105张，创作于星期日场效应管及其基本放大电路场效应管及其基本放大电路MOSMOS场效应管场效应管结型场效应管结型场效应管第82页，讲稿共105张，创作于星期日概概述述场效应管与三极管的区
47、别场效应管与三极管的区别1.三极管是三极管是电流控制元件电流控制元件；场效应管是；场效应管是电压控制元件电压控制元件。2.三极管参与导电的是三极管参与导电的是电子电子空穴空穴，因此称其为双极型器件；，因此称其为双极型器件；场效应管是电压控制元件，参与导电的只有场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子一种载流子，因此称其为单级型器件。因此称其为单级型器件。3.三极管的三极管的输入电阻较低输入电阻较低，一般，一般102104；场效应管的场效应管的输入电阻高输入电阻高，可达，可达1091014 场效应管的分类场效应管的分类结型场效应管结型场效应管JFETMOS型场效应管型场效应管第83页，讲
48、稿共105张，创作于星期日增强型增强型MOS场效应管场效应管耗尽型耗尽型MOS场效应管场效应管MOS场效应管分类场效应管分类第84页，讲稿共105张，创作于星期日MOSMOS场效应管场效应管N沟道增强型的沟道增强型的MOS管管P沟道增强型的沟道增强型的MOS管管N沟道耗尽型的沟道耗尽型的MOS管管P沟道耗尽型的沟道耗尽型的MOS管管第85页，讲稿共105张，创作于星期日 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管结构场效应管结构增强型增强型MOSMOS场效应管场效应管漏极D集电极C源极S发射极E栅极G基极B衬底B电极金属绝缘层氧化物基体半导体因此称之为MOS管第86页，讲稿共105张，创作
49、于星期日当当UGS较小较小时，虽然在时，虽然在P型衬底表型衬底表面形成一层面形成一层耗尽层耗尽层，但负离子不，但负离子不能导电。能导电。当当UGS=UT时时,在在P型衬底表面型衬底表面形成一层形成一层电子层电子层，形成，形成N型导电沟型导电沟道，在道，在UDS的作用下形成的作用下形成ID。N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管工作原理场效应管工作原理增强型增强型MOSMOS管管UDSID+-+-+-UGS反型层反型层当当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论结，无论UDS之之间加上电压不会在间加上电压不会在D、S间形成电流间形成电流ID,即即I
50、D0.当当UGSUT时时,沟道加厚，沟道电阻减少，沟道加厚，沟道电阻减少，在相同在相同UDS的作用下，的作用下，ID将进一步增加将进一步增加开始无导电沟道，当在UGSUT时才形成沟道,这种类型的管子称为增强型MOS管。第87页，讲稿共105张，创作于星期日 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线增强型增强型MOSMOS管管U UDSDS一定时，一定时，U UGSGS对漏极电流对漏极电流I ID D的控制关系曲线的控制关系曲线 I ID D=f f(U UGSGS)U UDSDS=C =C 转移特性曲线转移特性曲线UDSUGS-UTUGS(V)ID(mA)UT第8