模电1半导体基础知识精

1、1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体纯净的、具有晶体结构的半导体称 为本征半导体.一.半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体.大多数半导体器件所用的主要材料是硅（Si）和铐（Ge）晶体结构原子规則排 列形成共价镀图111本征半导体结构示意图三本征激发和两种载流子1）本征激发共价键T=OK-无载流子束缚价电子押分价电于自由电于光、热作用 摆脱共价键荻得足够能量空位一称空穴本征激发：指半导体在加热或光照作用下，产生 电子一空穴对的现象.T 一定动恋平W 1.1.3 NF半号体四本征半导体中栽流子的浓度复合：运动中的电子重新被共价键束缚 起来，电子空穴对消失.本征激发 复合*r本征半

2、导体特点:1）导电能力弱2 ）热不稳定，性 一-热软元件、丸触元件劭価：本征激发与两种簸流子>vl1.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质元素，成为杂质半导体.一.N型半导体在本征半导体中掺入少 量五价元素原子，称为电子 半导体或N型半导体.多数载流子：电子 少数栽流子：空穴n>>p1.14 P中半呂障二.P型半导体在本征半导体中掺入少量三价元素原子，称为空穴半导体或P型半导体.多数载流子：空穴少数载流子：电子p>>n1.1.3 PN 结将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结.一. PN结的形成漂移运动：载流子在电场作用下的

3、定向运动.扩散运动：由于浓度差引起的非平衡载流子的运动.二.PN结的单向导电性1 ) PN结外加 正向电压时处 于导通状态外电场与内电场 的方向相反，空间电 荷区变窄，内电场被 削弱，多子扩散得到 加强，少子漂移将被 削弱，扩散电流大大 超过漂移电流，最后 形成较大的正向电流©opt)O°Q Q0OPQO t)oooooo0创珂O Oe00!©eT® eT j-|内岖场二i内岖场空间电荷区o°o oO O0 00 © o。oo oO Go o© ©© ©© o©J©

4、 0*®e(±7 ®eo图1.1.6结加正向电压时导通2) PN结外加反向电压时处于截止状态外电场与内电场方向一致， 空间电荷区变宽内电场增冬 不利于多子的扩散.有利于 少子的漂移.在电路中形成 了基于少子漂移的反向电流 由于少子数童很少，因此反 向电流很小.结论：PN结具有单向 导电性，即正偏导通， 反偏截止.oooOO0 00O GOO.N区000QQ 00© Q O 000 Q Q!o &000内电场丿IT E图 1.1.7动贏一 PN结的形成和址向导电性mpg三.PN结的电流方程qui = Is(ekI 1) 令：uT=kT/q称温度电压

5、当量Ui = Is(e _ 1)T=300K 时，uT-26mVP7-P1O的数学推导，由同学们自学。PN结的伏安特性u>0,正向特性: u»UT>指数特性u<0,反向特性:u«-UT> i »-Isu < UBI >击穿特性: 齐纳击穿.雪崩击穿图M IO PN结的伏安恃性五.PN结的电容效应1)势垒电容(Cb)LALQ合Q 耗总泾一 t|_(M<)图I11 PN结的群孕电合()耗尽层的<1荷朋外1电扳变化(b) 0金电務和外加电乐常关*N区¥PE图1 1 12 P区少子浓度分布曲线PN结+管壳+引线图1

6、.2.1二极管的几种外形2)扩散电容 OCj-Cb+Cd1.2半导体二极管1.2.1二极管的构成及类型1 构成2.类型RM1Wttm 1.2.2 Zflff的几科*出结宙(a) AMM9 <b>IBMC(d) :的N91.2.2 二极管的伏安特性1.二极管和PN结伏安特性的区别开启电压uon2.温度对二极管伏 安特性的影响i80C20CIIrJ -h+丿0心“动矗；二极管的伏安转性swf图 1.2.3二极管的伏安待性1.2.3.二极管的主要参数（自学）1 最大整流电流If2 最高反向工作电压Ur3.反向电流Ir4 最高工作频率切1.2.4二极管的等效电路一.由伏安特性折线化得到的等

7、效电路oJ 0 Ug Ht>H邑 *亠ffll.2.4由伏安特性折现戏化幽到的尋效电賂（a）b）止向另通时电用为（J正向导通时绻电圧勺电关康例题1求卜？图1.2.6例1.2.1电路图图1.2.5 二极管加正向电压的情况例题2 (P17)1.2.1电路如图1.2.6所示，二 极管导通电压Ud约为0.7 Vo试分别估算 开关断开和闭合时轴出电压的效値。W:当开关断开时二极管因加正向电 压而处于导通状态，故输出电压l/o = V. - 5(6-0.7) V = 5.3 V 当开关闭合时二极管外加反向堪压， 因而截止，故输出电压Uo = V2 - 12 V二. 二极管的微变等效电路图1.2.7二

8、极音的滋变弄效电路图 (J二械皆动矗电81的切理童置(b)二檄管的动£电困例題3 (P18)画出Ur的波形？同时作用的二极営电路图1.2.9图1.2.8所禾电路的 问题：V=0时，Ur的波形？渡形分析1. 2. 5稳压二极管稳压管是一种特殊的面接触型 半导体硅二 极管.1 稳压管的 伏妥特性(a)(b)ffi 1.2.10枪压廿的伏安特性和势效电紡 (<)«$»«“)符号和尊效电182 稳压管的主要参数1) 稳定电压Uz 4) 动态电阻匚2) 稳定电流Iz5) 温度系数a3 ).额定功耗PZMR【R1.2.6其他类型的二极管一.发光二极管(a)(b

9、)图1.2.12发光：极符二.光电二极管受光面7 丿受比ifii受光ifii(a)(b)图1213光电:极管的外形和符号Jffltttm大mi.2.i4比电:极管的伏女待性图1.2.15 例图1.2.3电均图1. 3双极型晶体管1.3.1晶体管的结构及类型双极型晶体管(BJT)又称晶体三极管、半 导体三极管，简称晶体管.w(C)(d)ffl 1.3. i為体省的几外形()小(M 4>功(c> 申功亭tr (d>晶体管的结构示意图oePNP电OcNPN別晶体管的符号构成：三个区、三个极.两个结什么是共发射极接法？ 一一放大电路的三种接法共集电极接法：集电极作为公共端共基极接法：

10、基极作为公共端一.晶体管内部载流子的运动1）.发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流h2）扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流S3）集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流« 13 4鼻侔皆内81毂漁子运动与 外电漁二.晶体管的电流分配关系Ie=Ien+【ep=Icn+【bn+Icbo【c=Icn+IcboB=BN+*EP"CBOIc80三、晶体管的共射电流放大系数 J1）定义：p =共射直流电流放大系数共射交流电流放大系数】c =B】b +（1+B）Icbo =B【b +【ceo近似为：Ic卩Ir2）定义：p二业近似为：p = B3）定义：- = 1cn 共

11、基直流电流放大系数Ie【C = a【E + CBO云 a_ B一P =或 a =l-a1 + p4）定义：a _ Aic 共基交流电流放大系数（X &E近似为：a u aEWB仿真实验二三扱管共射轉性的测试三极管共射特性测试电路參数实鲨散据计算值VBBRJV«t.k (mA)V"1133k2.033kX030k1027k1024k1023k2.022kX021kX0IKk三极管共射特性测试数据电路参数实验数据计算值VBBVBeh(mA)dh(mA)V “*2.033k0.70737.81139.197.7734.227198.4197.81.033k0.66S4X0

12、1S10.102.0189.9«199.80.533k0.4M490.001803000.001812.00種止区033k000012.00电賂參数实验数拡计算值%J(mA>CM)«c(mA)2.0100k0.67612.6X2IX2I167093302.133k0.7(W5«3624L19«J2<>X67918231033k0.70737.SII39.197.7734.22719X.41033k0.70737.81139.197.7734.227198.4184.12.03<)k0.7101&51042978.4693.

13、532197.12.027k0.71319J5247M93651WM2.024k0.716610.4053.511035I.A522.023k0.717810,7955.7310.731.2642.022k0.719211.255K291IJ90.8117接近饱和区2.021k0.720611.6960.8411.6303683饱和区2.018k0.721311.9171.051L84请检査，每组数据是否都满足KVL： VCK = Vcc ICRC是否都满足KCL： IE = IC + 1B结论，截止区：IB=O,IC=O,VCE = VCC和区：VCE < VBE （CB结正偏）,Ic

14、不等于且远小于PIB在放大区和饱和区， 通常近似认为VBE =0.7 V不变。变化趋势：VBE 1 一 *B一一VCE如何通过三极管三个电极对地电位，来判断三极管的 工作状态：NPN3JJPNP 型1. 3.4晶体管的主要参数一.直流参数1）共射直流电沆放大系数P二.交流参数1）共射交流电沆放大系数02）共基直流电流放大系数«3）极间反向电流集-基极反向截止电流Icbo 集-射极反向截止电流【CM2）共基交流电沆放大系数aAica =中3）特征频率FpP = 1 O f*T三极限参数1）最大集电极耗散功率42）最大集电极电流ICMf 迤> a /Pwr<c*cE3）极间反

15、向击穿电压安全工他集-基极反向击穿电压uCB0集-射极反向击穿电压uCE0O(“Bmu MCC射基极反向击穿电压uEB0ffl 1.3.7品体甘划极附势數1. 3.5温度对晶体管特性及参数的影响1.温度对Icbo的影响 温度每升高10°C, ICB0增加约一倍.1. 3.6光电三极管nUU图1.3.10比电极洽的等效电路符号和外形§ 1-4.场效应管（简介）场效应管一.类型及符号（FET）是利用输/ N沟道入回路的电场效1结裂应来控制输出回P沟道路电流的一种半导体器件.N沟道它仅靠半导增髓型/P 沟 il体中的多数栽流2.地*Pt型子导电，又称单、N沟道极型晶体管.耗尽型P沟道二.特性曲线与电流方程（NJFET）1.漏极特性曲线1）可变电阻区：预央斷前（%-CS（off）；_ r /|转点：ip Ups 筑性D 一 DS）IudS=«Sb） u/r/（Rd$叫s/Q2）恒流区：预央斷后（%-%（。“）特点：a） gs | f IDb） Uost - I。几乎不变（略增）3）央斯区：央斯后（咯（呵）特点：iD-02.转移特性曲线3.电流方程i° =f(UGS)|uIziUC.Sv2lD _ lDSS(l .)UGS(off)(UGS(off)<uGS<0) (uDS>uGS-uGS (off)三、场