常用半导体器件

常用半导体器件

主要内容：

§1-1．半导体基础知识

§1-2．半导体二极管

§1-3．双极型晶体管

§1-4．场效应管2021/8/231欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识一、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。1.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）和锗（Ge）。2.结构原子结构2021/8/232欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识晶体结构原子规则排列形成共价键2021/8/233欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识3.本征激发和两种载流子1）本征激发

共价键T=0K无载流子

束缚价电子

部分价电子自由电子光、热作用摆脱共价键{

获得足够能量空位—称空穴本征激发：指半导体在加热或光照作用下，产生电子—空穴对的现象。

2021/8/234欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识2）载流子

电场作用自由电子

定向运动形成电子电流

电场作用空穴填补空穴的价电子作定向运动形成空穴电流两种载流子：带负电荷的自由电子电场电子电流极性相反电流方向同带正电荷的空穴空穴电流运动方向相反2021/8/235欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识4.本征半导体中载流子的浓度复合：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T一定复合动态平衡

ni=pi=K1T3/2e-EGO/(2kT)本征半导体特点：1）导电能力弱

2）热不稳定性热敏元件、光敏元件2021/8/236欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识二、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。1.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：电子少数载流子：空穴

n>>p2021/8/237欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识2.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>>n2021/8/238欢迎下载可修改

§1-1．半导体基础知识三、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。1.PN结的形成漂移运动：载流子在电场作用下的定向运动。扩散运动：由于浓度差引起的非平衡载流子的运动。2021/8/239欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识

多子扩散形成空间电荷区建立内电场少子漂移方向相反动态平衡Ij=02021/8/2310欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识2.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。

2021/8/2311欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识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强，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。由于少子数量很少，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。2021/8/2312欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识3.PN结的电流方程令:uT=kT/q

称温度电压当量T=300K时，uT=26mV2021/8/2313欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识4.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≈-Is

u<UBR，击穿特性:齐纳击穿、雪崩击穿2021/8/2314欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识4.PN结的电容效应1）.势垒电容（Cb)2021/8/2315欢迎下载可修改§1-1．半导体基础知识2）.扩散电容

(Cd)Cj=Cb+Cd2021/8/2316欢迎下载可修改§1-2．半导体二极管一、二极管的构成及类型1.构成PN结+管壳+引线2021/8/2317欢迎下载可修改§1-2．半导体二极管2.类型2021/8/2318欢迎下载可修改§1-2．半导体二极管二、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2021/8/2319欢迎下载可修改§1-2．半导体二极管三、二极管的主要参数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fM2021/8/2320欢迎下载可修改§1-2．半导体二极管四、二极管的等效电路1.由伏安特性折线化得到的等效电路2021/8/2321欢迎下载可修改§1-2．半导体二极管2.二极管的微变等效电路2021/8/2322欢迎下载可修改§1-2．半导体二极管五、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.稳压管的伏安特性

2021/8/2323欢迎下载可修改§1-2．半导体二极管2.稳压管的主要参数1).稳定电压Uz2).稳定电流Iz3）.额定功耗PZM4）.动态电阻rz5）.温度系数α

2021/8/2324欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管一、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。2021/8/2325欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管一、晶体管的结构及类型晶体管的结构示意图晶体管的符号构成：三个区、三个极、两个结2021/8/2326欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管二、晶体管的电流放大作用2021/8/2327欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管1.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IE2）扩散到基区的自由电子与孔穴的复合运动形成基极电流IB3）集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC2、晶体管的电流分配关系IE=IEN+IEP=ICN+IBN+ICBOIC=ICN+ICBOIB=IBN+IEP-ICBO=IB，-ICBO又：IE=IC+IB2021/8/2328欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管3、晶体管的共射电流放大系数1）定义：共射直流电流放大系数2）定义：共射交流电流放大系数容易证明：2021/8/2329欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管3）定义：共基直流电流放大系数4）定义：共基交流电流放大系数容易证明：或2021/8/2330欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管三、晶体管的共射特性曲线1.输入特性曲线2021/8/2331欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管三、晶体管的共射特性曲线1.输出特性曲线2021/8/2332欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管1.输出特性曲线1）.截止区2）.放大区3）.饱和区2021/8/2333欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管四、晶体管的主要参数1.直流参数1）共射直流电流放大系数2）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ICEO

2.交流参数1）共射交流电流放大系数β

2）共基交流电流放大系数3）特征频率fF2021/8/2334欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管3.极限参数1）最大集电极耗散功率PCM

2）最大集电极电流ICM

3）极间反向击穿电压集－基极反向击穿电压UCBO

集－射极反向击穿电压UCEO射－基极反向击穿电压UEBO

2021/8/2335欢迎下载可修改§1-3．双极型晶体管五、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100C,ICBO增加约一倍。2.温度对输入特性的影响3.温度对输出特性的影响2021/8/2336欢迎下载可修改§1-4．场效应管

场效应管(FET)是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。

它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。一、类型及符号N沟道1.结型

P沟道

N沟道增强型

P沟道2.绝缘珊型

N沟道耗尽型

P沟道2021/8/2337欢迎下载可修改§1-4．场效应管二、特性曲线与电流方程(NJFET)1.漏极特性曲线1）可变电阻区：预夹断前（UDS<UGS-UGS(off))特点：a)iD～UDS

线性

b)UDS→RDS（RDS=UDS/ID)2）恒流区：预夹断后（UDS>UGS-UGS(off))特点：a)b)UDS↑→ID

几乎不变（略增）3）夹断区：夹断后（UGS<UGS(off))特点：iD=02021/8/2338欢迎下载可修改§1-4．场效应管2.转移特性曲线3.电流方程(UGS（off)<uGS<0)(UDS>UGS-UGS(off))2021/8/2339欢迎下载可修改§1-4．场效应管4.NEMOSFET特性曲线与电流方程2021/8/2340欢迎下载可修改§1-4．场效应管三、场效应管的主要参数1.直流参数1）开启电压UGS（th)2.交流参数2）夹断电压UGS（0ff)3）饱和漏极电流IDSS4）直流输入电阻RGS（DC）1）低频跨导gm2）极间电容

Cgs、Cgd、Cds2021/8/2341欢迎下载可修改§1-4．场效应管3.极限参数3）最大耗散功率PDM

1）最大漏极电流IDM

2）击穿电压漏－源击穿电压U（BR）DS珊－源击穿电压U（BR）GS

2021/8/2342欢迎下载可修改§1-4．场效应管四、FET与BJT的比较BJTFETBECGSD电流控电流源电压控电流源两种载流子导电多子导电NF↓NF↑2021/8/2343欢迎下载可修改1、只要朝着一个方向奋斗，一切都会变得得心应手。20.6.166.16.202010:0010:00:23Jun-2010:00

2、心不清则无以见道，志不确则无以定功。二〇二〇年六月十六日2020年6月16日星期二

3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。10:006.16.202010:006.16.202010:0010:00:236.16.202010:006.16.2020

4、与肝胆人共事，无字句处读书。6.16.20206.16.202010:0010:0010:00:2310:00:23

5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。Tuesday,June16,2020June20Tuesday,June16,20206/16/2020

6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。10时0分10时0分16-Jun-206.16.2020

7、自知之明是最难得的知识。20.6.1620.6.1620.6.16。2020年6月16日星期二二〇二〇年六月十六日

8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。10:0010:00:236.16.2020Tuesday,June16,20202021/8/2344欢迎下载可修改1、最困难的事就是认识自己。20.6.286.28.202020:1120:11:15Jun-2020:11

2、自知之明是最难得的知识。二〇二〇年六月二十八日2020年6月28日星期日

3、越是无能的人，越喜欢挑剔别人。20:116.28.202020:116.28.202020:1120:11:156.28.202020:116.28.2020

4、与肝胆人共事，无字句处读书。6.28.20206.28.202020:1120:1120:11:1520:11:15

5、三军可夺帅也。Sunday,June28,2020June20Sunday,June28,20206/28/2020

6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。8时11分8时11分28-Jun-206.28.2020

7、人生就是学