半导体基本器件及应用电路

半导体基本器件及应用电路第1页，共36页，2023年，2月20日，星期一1.1半导体材料及导电特性1.1.1

本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.3漂移电流与扩散电流引言返回第2页，共36页，2023年，2月20日，星期一1.1半导体材料及导电特性返回第3页，共36页，2023年，2月20日，星期一1.1.1

本征半导体返回第4页，共36页，2023年，2月20日，星期一1.1.1

本征半导体（intrinsicsemiconductor）返回第5页，共36页，2023年，2月20日，星期一E

g（二）本征激发和两种载流子a:空穴带正电量b：空穴是半导体中所特有的带单位正电荷的粒子，与电子电量相等，符号相反c：空穴在价带内运动，也是一种载流子。在外电场作用下可在晶体内定向移动空穴：自由电子载流子：带单位负电空穴载流子：带单位正电返回第6页，共36页，2023年，2月20日，星期一（三）本征载流子（intrinsiccarrier）浓度

本征激发电子空穴E

g1电子空穴随机碰撞复合（自由电子释放能量）电子空穴对消失23本征激发动态平衡复合是电子空穴对的两种矛盾运动形式。返回第7页，共36页，2023年，2月20日，星期一1.1.2

杂质半导体（donorandacceptorimpurities）

3.3X1012分之一返回第8页，共36页，2023年，2月20日，星期一（一）N型半导体（NTypesemiconductor）

室温T=300k+++++5返回第9页，共36页，2023年，2月20日，星期一（二）P型半导体（Ptypesemiconductor）----返回第10页，共36页，2023年，2月20日，星期一（三）杂质半导体中的载流子浓度本征半导体中载流子由本征激发产生：ni=pi掺杂半导体中（NorP）→掺杂越多→多子浓度↑→少子浓度↓杂质半导体载流子由两个过程产生：杂质电离→多子

本征激发→少子由半导体理论可以证明，两种载流子的浓度满足以下关系：1

热平衡条件：温度一定时，两种载流子浓度积之，等于本征浓度的平方。N型半导体：若以nn表示电子（多子），pn表示空穴（少子）则有nn.pn=ni2P型半导体：pp表示空穴（多子），np表示电子浓度（少子）

Pp.np=ni22

电中性条件：整块半导体的正电荷量与负电荷量恒等。

N型：

No表示施主杂质浓度，则：nn=No+pn

P型：NA表示受主杂质浓度，

Pp=NA+np由于一般总有No>>pnNA>>np所以有N型：nn≈No

且：

pn≈ni2/ND

P型：pp≈NA

np≈ni2/NA

多子浓度等于掺杂浓度少子浓度与本征浓度ni2有关，与温度无关

随温度升高而增加，是半导体 元件温度漂移的主要原因多子浓度少子浓度返回第11页，共36页，2023年，2月20日，星期一1.1.3

漂移电流与扩散电流半导体中有两种载流子：电子和空穴，这两种载流子的定向运动会引起导电电流。引起载流子定向运动的原因有两种：由于电场而引起的定向运动――漂移运动。（漂移电流）由于载流子的浓度梯度而引起的定向运动――扩散运动（扩散电流）（一）漂移电流（driftcurrent）

在电子浓度为n,空穴浓度为p的半导体两端外加电压V，在电场E的作用下，空穴将沿电场方向运动，电子将沿与电场相反方向运动：EV●●●●●○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●返回第12页，共36页，2023年，2月20日，星期一(二）扩散电流（diffusioncurrent）光照

N型半导体x●●●●●●●○○○○○●●●n

(x)p

(x)载流子浓度热平衡值热平衡值x●●●●●●●○○○○○●●●●●●●●●●○○○○○●●●●●●●●●●○○○○○●●●返回第13页，共36页，2023年，2月20日，星期一§1.2PN结原理1.2.2空间电荷区特点：1.2.1PN结的形成及特点返回第14页，共36页，2023年，2月20日，星期一NP++++++++++++++++----------------§1.2PN结原理ENP++++++++++++++++----------------返回1.2.1PN结的形成及特点第15页，共36页，2023年，2月20日，星期一一PN结的动态平衡过程和接触电位消弱内建电场ENP++++++++++++++++----------------ENP++++++++++++++++----------------热平衡（动态平衡）返回第16页，共36页，2023年，2月20日，星期一1.2.2空间电荷区特点：NP++++++++++++++++----------------Eρ电荷密度E电场强度φ电位qUФ内建电位势垒（电子势能）qUФPN返回第17页，共36页，2023年，2月20日，星期一1.3晶体二极管及应用1．3．2二极管的电阻1．3．3二极管的交流小信号等效模型1.3.4二极管应用电路1．3．1晶体二极管的伏安特性引言返回1．3．5稳压管1．3．6PN结电容1．3．7PN结的温度特性1．3．8二极管主要参数第18页，共36页，2023年，2月20日，星期一1.3晶体二极管及应用NP++++++++++++++++----------------E1.3.1

晶体二极管的伏安特性返回第19页，共36页，2023年，2月20日，星期一1.正向偏置，正向电流RUNP++++++++++++++++----------------UiDUφUφ-U扩散iDiDiDiD++__返回第20页，共36页，2023年，2月20日，星期一NP++++++++++++++++----------------2.反向偏置，反向电流RUUiRNP++++++++++++++++----------------UФUФ+UiRiRiRiR++__返回第21页，共36页，2023年，2月20日，星期一Si（二）伏安特性Ge

1.0iDuD●UON●UON返回第22页，共36页，2023年，2月20日，星期一Si（二）伏安特性iR=-IsGeSiGeU(BR)U(BR)

1.0iDuD返回第23页，共36页，2023年，2月20日，星期一Si（二）伏安特性iR=-IsSiGeGeU(BR)U(BR)

1.0iDuD二极管击穿后端电压几乎不变，具有稳压特性。返回第24页，共36页，2023年，2月20日，星期一IDQ●UDiDuDuD（忽略R上的电压）1．3．2二极管的电阻返回第25页，共36页，2023年，2月20日，星期一rdCJSi

1.0iDuD●●在低频工作时，CJ可忽略。电路仿真1．3．3二极管的交流小信号等效模型返回第26页，共36页，2023年，2月20日，星期一uiui1.3.4二极管应用电路1整流电路ui<0，二级管截止，iD=0，uo=0+uo-iDui>0，二级管导通，，uo=ui电路仿真2二极管限幅电路右图为双向的限幅电路如果设：二极管的开启电压UON=0.7V则有：|ui|<UON时，D1和D2都截止，回路中的电流iD=0，uo=ui。iD如果，ui>UON，D1导通D2截止，回路中的电流，利用二极管正向稳压特性，uo=UON

。如果，ui<-UON，D1截止D2导通，回路中的电流，uo=-UON

。uDiDUON电路仿真+uo-返回第27页，共36页，2023年，2月20日，星期一ui1.3.4二极管应用电路3二极管钳位电路钳位电路是一种能改变信号的直流电压成分的电路，下图是一个简单的二级管钳位电路的例子。uc=2.5Vuo设输入信号ui为幅度+2.5V的方波信号，ui2.5V-2.5V当ui<0时，D导通，回路中的电流iD对电容C充电，由于rd较小，充电时间常数=C

rd很小，充电迅速，使:uc=ui=2.5V，uo=ui–uc=ui–2.5V=0而当ui>0时，D截止，iD=0，回路无法放电，使电容C的电压保持uc=ui=2.5V，而输出电压：uo=ui+uc=ui+2.5V=5VVo5V电路仿真返回第28页，共36页，2023年，2月20日，星期一IZminIZmax●UZIZΔUZ1．3．5稳压管返回第29页，共36页，2023年，2月20日，星期一UiUZUDIZminIZmax●UZIZΔUZ电路仿真返回第30页，共36页，2023年，2月20日，星期一IZminIZmax●UZIZΔUZrzIzUZUZ返回第31页，共36页，2023年，2月20日，星期一返回第32页，共36页，2023年，2月20日，星期一1．3．6PN结电容++++++++++++++++----------------RUU++__iR++++++++++++++++----------------C·CTUDuDrTCT返回第33页，共36页，2023年，2月20日，星期一载流子浓度。。。。。。。。。。。。。。。。ΔQpΔQn.................

PNU+ΔU⊕⊕⊕⊕⊕⊕------。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。