第一章半导体器件基础.

1、第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属一般都是导体。金属一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为绝缘体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。砷化镓和一些硫化物、氧化物等。1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基

2、础2022年4月18日星期一半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：它具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。1.1.掺杂性掺杂性2.2.热敏性和光敏性热敏性和光敏性第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）（纯净和具有晶体结构的半导体

3、）一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeGeSiSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，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。的最外层电子（价电子）都是四个。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电

4、子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构体结构：通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一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+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电

5、子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0 0度（度（T T=0K=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时, ,价电价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没

6、有可子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即以运动的带电粒子（即载流子载流子），它的导电能），它的导电能力为力为 0 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由自由电子电子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子第一章第一章 半导

7、体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一2.2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一温度越高，载流子的浓度越高。因此

8、本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1. 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2. 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。（在本征半导体中（在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现，自由电子和空穴成对出现，同时又不断的复合）同时又不断的复合）第一章第一章

9、半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一1.1.2 1.1.2 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，就会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。其原因是掺使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。称为（空穴半导体）。N N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度

10、大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一一、一、N N 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移而成为自由电子，这样

11、磷原子就成了不能移动的带正电的离子。动的带正电的离子。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一+4+4+4+4+5+5+4+4多余多余电子电子磷原子磷原子N N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？1.1.由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。2.2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流多数载流子子（多子多子

12、），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一二、二、P P 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的

13、离子。的带负电的离子。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子P P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一三、杂质半导体的符号三、杂质半导体的符号P P 型半导体型半导体+N N 型半导体型半导体第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一总总 结结2.N2.N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，的电子，N N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起

14、导电作用的主能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。3.3.P P型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。1. 1. 本征半导体中受激产生的电子很少。本征半导体中受激产生的电子很少。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一1.2.1 PN 1.2.1 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 P 型半导型半导体和体和N N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了交界面处就形

15、成了PN PN 结。结。1.2 PN结结第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一（三）（三）PN 结结 (1) PN 结的形成结的形成flash1多数载流子的浓度差多数载流子的浓度差多数载流子多数载流子子的扩散子的扩散空间电荷区空间电荷区少数载流子少数载流子的漂移的漂移扩散扩散 = 漂移漂移形成稳定的形成稳定的 PN 结结注：注：PN 结的结电容很小结的结电容很小下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回图图 8.1.1 PN 结的形成结的形成第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年

16、4月18日星期一(2) PN 结的特性结的特性 （a）PN 结外加正向电压结外加正向电压PN 结正偏结正偏PN 结正向导通结正向导通外电场与内电场方向相反外电场与内电场方向相反有利于扩散进行有利于扩散进行扩散扩散 漂移漂移PN 结变窄结变窄外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较大的扩散电流产生较大的扩散电流 I正正下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回图图 8.1.2 PN 结的单相导电性结的单相导电性第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一（b）PN 结外加反向电压结外加反向电压PN 结反偏结反偏PN 结反向截止结反向截止外电场与内电场方向相同外电

17、场与内电场方向相同有利于漂移进行有利于漂移进行漂移漂移 扩散扩散PN 结变厚结变厚外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较小的反向电流产生较小的反向电流 I反反 下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回图图 8.1.2 PN 结的单相导电性结的单相导电性第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一P P 型半导体型半导体N N 型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E E漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。荷区逐渐加宽。内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电越强，而漂移使空间电荷区变薄。荷区变薄

18、。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一漂移运动漂移运动P P 型半导体型半导体N N 型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位VV0第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月1

19、8日星期一1.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。2.2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P P区区中的空穴中的空穴. .N N区区 中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散扩散运动运动）。）。3.3.P P 区中的电子和区中的电子和 N N区中的空穴（区中的空穴（都是少都是少），），数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。小结小结第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一(1) 加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内

20、电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I F F+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场E正向电流正向电流1.2.2 1.2.2 PN PN 结的单向导电性结的单向导电性第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一(2) (2) 加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N N区，负极接区，负极接P P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场外电场加强内电场耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运

21、动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R R+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRP PN N 在一定的温度下，在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓由本征激发产生的少子浓度是一定的，故度是一定的，故I IR R基本上与基本上与外加反压的大小无关外加反压的大小无关，所所以称为以称为反向饱和电流反向饱和电流。但。但I IR R与温度有关。与温度有关。 第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一 PN PN结加正向电压时，具有较大的正结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，向扩散电流，呈现低电阻， PNPN结导通；

22、结导通； PNPN结加反向电压时，具有很小的反结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，向漂移电流，呈现高电阻， PNPN结截止。结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单向结具有单向导电性。导电性。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一1.3 半导体二极管半导体二极管1.3.11.3.1基本结构基本结构PN 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。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN阳极阳极+阴极阴极-第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础

23、2022年4月18日星期一半导体二极管图片第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一1.3.2 1.3.2 伏安特性伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一1.3.3 1.3.3 主要参数主要参数1. 1. 最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。3. 3. 反向击穿电压反

24、向击穿电压U UBRBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压U UWRMWRM一一般是般是U UBRBR的一半。的一半。2. 2. 反向工作峰值电压反向工作峰值电压U UBWMBWM保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一4. 4. 反向电流反向电流 I IR R指二极管加反向峰值工作电压时的反向电指二

25、极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。硅管大几十到几百倍。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一5. 微变电阻微变电阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作点作点Q 附近电压的变化与附近电压的变化与电流的变化之比：电流的变

26、化之比：DDDiur显然，显然，rD是对是对Q附近的微小附近的微小变化区域内的电阻。变化区域内的电阻。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一6. 二极管的极间电容二极管的极间电容（结电容）（结电容）二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。势垒电容：势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是的电容是势垒电容势垒电容。

27、当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即应地随之改变，即PNPN结中存储的电荷量要随结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。之变化，就像电容充放电一样。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一 当外加正向电压不当外加正向电压不同时，同时，PNPN结两侧堆积结两侧堆积的少子的数量及浓度的少子的数量及浓度梯度也不同，这就相梯度也不同，这就相当电容的充放电过程当电容的充放电过程。+NPpLx浓浓度度分分布布耗耗尽尽层层NP区区区区中中空空穴穴区区中中电电子子区区浓浓度度分分布布nL电容效应在交流信号作用下电容效应

28、在交流信号作用下才会明显表现出来才会明显表现出来扩散电容：扩散电容：为了形成正向为了形成正向电流（扩散电流），注入电流（扩散电流），注入P P 区的少子（电子）在区的少子（电子）在P P 区区有浓度差，越靠近有浓度差，越靠近PNPN结浓结浓度越大，即在度越大，即在P P 区有电子区有电子的积累。同理，在的积累。同理，在N N区有空区有空穴的积累。正向电流大，穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。积累的电荷多。这样所产这样所产生的电容就是扩散电容生的电容就是扩散电容. .第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置

29、时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电势垒电容和扩散电容的综合效应容的综合效应rd第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一二极管：二极管：死区电压死区电压=0 .5V=0 .5V，正向压降，正向压降 0.7V(0.7V(硅二极管硅二极管) ) 理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0 =0 ，正向压降，正向压降=0 =0 RLuiuouiuott二极管的应用举例二极管的应用举例1 1：二极管半波整流二极管半波整流二极管的应用是

30、主要利用它的单向导电性，主二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。要应用于整流、限幅、保护等等。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一二极管的应用举例二极管的应用举例2 2：tttuiuRuoRRLuiuRuo第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一1.4 稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：动态电阻：ZZIUZrr rz z越小，稳越小，稳压性能越压性能越好。好。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年

31、4月18日星期一（4 4）稳定电流）稳定电流I IZ Z、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流I Izmaxzmax、I Izminzmin。（5 5）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZMIUP稳压二极管的参数稳压二极管的参数: :（1 1）稳定电压）稳定电压 U UZ Z（2 2）电压温度系数）电压温度系数 U U（%/%/） 稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3 3）动态电阻）动态电阻ZZIUZr第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一在电路中稳压管只有与适当的在电路中稳压管只有与适当的电阻连接才能起到稳压作用。电阻连接才能起到稳

32、压作用。UIIZIZmax UZ IZUZ第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例uoiZDZRiLiuiRL5mA 20mA, V,minmaxzzzII10U稳压管的技术参数稳压管的技术参数: : k2LR解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为流为I Iz zmax max mAmax25RUIiLZz10R25UiRu2 . 1zi方程方程1 1要求当输入电压由正常值发生要求当输入电压由正常值发生 20%20%波动时，负载电压波动时，负载电压基本不变。基本不变。求：求：电阻电

33、阻R R和输入电压和输入电压 u ui i 的正常值。的正常值。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一令输入电压降到下限令输入电压降到下限时，流过稳压管的电时，流过稳压管的电流为流为I Iz zmin min 。mAmin10RUIiLZz10R10UiRu8 . 0zi方程方程2 2u uo oi iZ ZD DZ ZR Ri iL Li iu ui iR RL L联立方程联立方程1 1、2 2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。反

34、向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加照度增加第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一发光二极管发光二极管有正向电流流过有正向电流流过时，发出一定波长时，发出一定波长范围的光，目前的范围的光，目前的发光管可以发出从发光管可以发出从红外到可见波段的红外到可见波段的光，它的电特性与光，它的电特性与一般二极管类似。一般二极管类似。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一1.5.1 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 1.5 半导体三极管半导体三极管第一

35、章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一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第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管符号符号第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一高频管、低频管小

36、、中、大功率管硅管、锗管NPN型、PNP型半导体三极管是具有电流放大功能的元件第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 一一. 一个实验一个实验1.5.2 1.5.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一结论结论: :1. IE=IC+IB常数BCBCBCBCIIII1IIII.23. IB=0, IC=ICEO4.4.要使晶体管放大要使晶体管放大, ,发射结必须正偏发射结必须正偏, ,集电结必须集电结必须反偏。反偏。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件

37、基础2022年4月18日星期一二二. 电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBECIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。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。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有集电结反偏，有少子形成的反向少子形成的反向电流电流ICBO。ICBOIC=ICE+IC

38、BO ICEIBEICE从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子，漂移子，漂移进入集电进入集电结而被收结而被收集，形成集，形成ICE。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一ICE与与IBE之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一第一章第一章 半导体器件

39、基础半导体器件基础2022年4月18日星期一一一.输入特性输入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.1V。1.5.3 特性曲线特性曲线第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一二、二、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC= IB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）。当当

40、UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏， IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE I IC C，U UCECE

41、 0.3V 0.3V (3) (3) 截止区：截止区： U UBEBE VbVe放大放大VcVbVe发射结和发射结和集电结均集电结均为反偏。为反偏。饱和饱和发射结和发射结和集电结均集电结均为正偏。为正偏。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一 测得VB =4.5 V 、VE = 3.8 V 、VC =8 V，试判断三极管的工作状态。放大放大例2：第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一1.5 场效应管场效应管1.5.1、 结型场效应管结型场效应管1.5.2、金属、金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管第一章第一章 半导体器件基

42、础半导体器件基础2022年4月18日星期一 （FETFET）利用输入电压来控制输出电流。）利用输入电压来控制输出电流。 仅靠半导体中的仅靠半导体中的，又称，又称。优点：优点：输入电阻大（输入电阻大（107 1012）、噪音低、热稳定）、噪音低、热稳定性好、抗辐射能力强、可以在比较低的电源下工作等等。性好、抗辐射能力强、可以在比较低的电源下工作等等。 类型类型结型场效应管（结型场效应管（JFET）金属氧化物半导体金属氧化物半导体场效应管（场效应管（MOS管）管）场效应管场效应管第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一l 结构结构 N沟道管沟道管 P沟道管沟道管 类型类

43、型第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一l N N沟道结型场效应管的基本结构沟道结型场效应管的基本结构sN N区与区与P P区交区交界面形成两界面形成两个耗尽层个耗尽层由由N N区引出区引出源极源极s s由由N N区引出区引出漏极漏极d d将两个高掺杂的将两个高掺杂的P P区连接在一起区连接在一起引出栅极引出栅极g ggdP+P+导导电电沟沟道道第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一符号符号第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一外部条件外部条件栅栅源间加负向电压源间加负向电压漏漏源间加正向电压源间加正向电

44、压l工作原理工作原理RgRdVDDVGGvDSvGSiD第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一uGS0VVP uGS VPuGD = VP第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一预夹断前：预夹断前：常数常数 GSDSDuui iD与与uDS无关，几乎只由无关，几乎只由uGS决定决定预夹断后：预夹断后：uGD VP第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一 在在uGD uGS-Vp时时, 当当uDS为一常量时，对应于确为一常量时，对应于确定的定的uGS，就有确定的，就有确定的iD。 可以通过改变可以通过改变uGS

45、来控制来控制iD的大小。的大小。漏极电流受栅漏极电流受栅-源电压的控制源电压的控制电压控制元件电压控制元件第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一 预夹断预夹断 预夹断前预夹断前 预夹断后预夹断后 第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一l 输出特性曲线输出特性曲线常数GS| )(DSDUufi（一族曲线）（一族曲线）uGD = Vp （或（或uDS = uGS Vp ）第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一外部条件外部条件A）Vp uGS 0B） uDS Vp ）第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2

46、022年4月18日星期一外部条件外部条件A）Vp uGS Vp特点：特点：iD变化变化 B）uDS变化变化iD 几乎不变几乎不变（ 或或 uGD Vp ）A） uGS变化变化 第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一外部条件：外部条件：uGSVp特点：特点：iD0第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一l 转移特性曲线转移特性曲线常常数数 DS)(GSDUufiVP第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一电流方程电流方程2pGSDSSD1 VuIi( VpuGS-Vp )VP第一章第一章 半导体器件基础半导体器

47、件基础2022年4月18日星期一l 直流参数直流参数夹断电压夹断电压VP漏极饱和电流漏极饱和电流IDSSIDSS直流输入电阻直流输入电阻RGSRGS0=GGSGS|=DSuiuR（结型管：（结型管：RGS107）第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一l 交流参数交流参数 低频跨导低频跨导gmgm常数常数DSGSDmUuig 恒流区时恒流区时（1）gm是转移特性曲线上静态工作点处切线的斜率。是转移特性曲线上静态工作点处切线的斜率。VP 输出电阻输出电阻rdrd（2）gm是反映是反映FET放大能力的一个重要参数。放大能力的一个重要参数。rd反映了反映了uDS对对iD的影响。的影响。第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一l 极限参数极限参数 最大允许耗散功率：最大允许耗散功率： PDM PDM 最大漏最大漏- -源电压：源电压： V(BR)DS V(BR)DS 最大栅最大栅- -源电压：源电压： V(BR)GSV(BR)GS第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础2022年4月18日星期一【例例】场效应管各级电位如图所示，问场效应管各级电位如图所