电子技术第01讲(半导体器件)课件

第1讲第10章半导体器件10.1半导体的基础知识，P型硅，N型硅10.2PN结及半导体二极管10.3稳压二极管10.4半导体三极管10.5场效应管10.1.1本征半导体现代电子学中，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。Si硅原子Ge锗原子§10.1半导体的基本知识通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。在硅和锗晶体中，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。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，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，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。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。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+410.1.2杂质半导体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。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。载流子：电子，空穴N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵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，其中四个与相临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，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。硅或锗+少量磷N型半导体P型半导体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取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。硅或锗+少量硼P型半导体空穴P型半导体硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区PN结处载流子的运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场EPN结处载流子的运动内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场EPN结处载流子的运动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，空间电荷区的厚度固定不变。PN结正向偏置－－－－++++内电场减弱，使扩散加强，扩散飘移，正向电流大空间电荷区变薄PN+_正向电流PN结反向偏置－－－－++++空间电荷区变厚NP+_++++－－－－内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流很小，A级10.2.3半导体二极管(1)、基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PNPN符号阳极阴极（3）静态电阻Rd，动态电阻rDUQIQUS+-R静态工作点Q（UQ，IQ）（3）静态电阻Rd，动态电阻rDiuIQUQQIQUQ静态电阻：Rd=UQ/IQ

（非线性）动态电阻：rD=UQ/IQ在工作点Q附近，动态电阻近似为线性，故动态电阻又称为微变等效电阻例1：二极管：死区电压=0.5V，正向压降

0.7V(硅二极管)理想二极管：死区电压=0，正向压降=0RLuiuOuiuott二极管半波整流§10.3稳压二极管IZmax+-稳压二极管符号UIUZIZ稳压二极管特性曲线IZmin当稳压二极管工作在反向击穿状态下,当工作电流IZ在Izmax和

Izmin之间时,其两端电压近似为常数正向同二极管稳定电流稳定电压例：稳压二极管的应用RLuiuORDZiiziLUZ稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电压ui=12V，限流电阻R=200。若负载电阻变化范围为1.5k~4k，是否还能稳压？RLuiuORDZiiziLUZUZW=10Vui=12VR=200Izmax=12mAIzmin=2mARL=2k(1.5k~4k)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=1.5k,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4k,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）负载变化,但iZ仍在12mA和2mA之间,所以稳压管仍能起稳压作用BECNPN型三极管BECPNP型三极管三极管符号NPNCBEPNPCBEBECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极+++++++++++++__________________________+++++++++++++10.4.2电流放大原理BECNNPEBRBEc发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。IE1进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB，多数扩散到集电结。IBBECNNPEBRBEcIE从基区扩散来的电子漂移进入集电结而被收集，形成IC。IC2ICIB要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。静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IB：IB+IBIC：IC+IC=IC/

IB一般认为：==，近似为一常数，值范围：20~100IC=

IB10.4.3特性曲线ICmAAVVUCEUBERBIBUSCUSB

实验线路(共发射极接法)CBERCIB与UBE的关系曲线（同二极管）（1）输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V死区电压，硅管0.5V工作压降：硅管UBE0.7V（2）输出特性(IC与UCE的关系曲线)IC(mA)1234UCE(V)3691240A60AQQ’=IC/

IB=2mA/40A=50=IC/

IB

=(3-2)mA/(60-40)A=50=IC/

IB=3mA/60A=50输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB,且

IC=

IB。此区域称为线性放大区。此区域中UCEUBE,集电结正偏，IB>IC，UCE0.3V称为饱和区。此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死区电压,，称为截止区。输出特性三个区域的特点:(1)放大区BE结正偏，BC结反偏，IC=IB,且

IC=

IB(2)饱和区BE结正偏，BC结正偏，即UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止区UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO0

例：=50，USC=12V，

RB=70k，RC=6k

当USB=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？USB=-2V，IB=0，IC=0，Q位于截止区

USB=2V，IB=(USB-UBE)/RB=(2-0.7)/70=0.019mAIC=IB=500.019=0.95mA<

ICS=2mA，Q位于放大区

IC最大饱和电流ICS=(USC-UCE)/RC=(12-0)/6=2mA

ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEICUCEIBUSCRBUSBCBERC例：=50，USC=12V，

RB=70k，RC=6k

当USB=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？USB=5V，IB=(USB-UBE)/RB=(5-0.7)/70=0.061mAIC=IB=500.061=3.05mA>

ICS=2mA，Q位于饱和区(实际上，此时IC和IB已不是的关系）三极管的技术数据：（自学）（1）电流放大倍数（2）集-射间穿透电流ICEO（3）集-射间反向击穿电压UCEO(BR)（4）集电极最大电流ICM（5）集电极最大允许功耗PCM§10.5场效应晶体管场效应管与晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:N沟道P沟道耗尽型增强型耗尽型增强型MOS绝缘栅场效应管（N沟道）（1）结构PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层金属铝N导电沟道未预留N沟道增强型预留N沟道耗尽型PNNGSDGSDN沟道增强型（2）符号N沟道耗尽型GSD栅极漏极源极耗尽型N沟道MOS管的特性曲线IDmAVUDSUGS实验线路(共源极接法)GSD输出特性曲线UGS=0VUDS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V夹断电压UP=-2V固定一个UDS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线耗尽型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDU