半导体基础知识8

第一章半导体二极管和三极管第一章半导体二极管和三极管§1.1半导体基础知识§1.2半导体二极管§1.3晶体三极管§1半导体基础知识一、本征半导体二、杂质半导体三、PN结的形成及其单向导电性四、PN结的电容效应一、本征半导体导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。1、什么是半导体？什么是本征半导体？导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。无杂质稳定的结构2、本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴

自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。共价键一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。动态平衡两种载流子

外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？3、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学温度0K时不导电。二、杂质半导体

1.N型半导体磷（P）

杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。多数载流子空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？2.P型半导体硼（B）多数载流子P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，

在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？三、PN结的形成及其单向导电性

物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。扩散运动P区空穴浓度远高于N区。N区自由电子浓度远高于P区。扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。PN结的形成

因电场作用所产生的运动称为漂移运动。

参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。漂移运动

由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N区运动。PN结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。PN结的单向导电性必要吗？四、PN结的电容效应1.势垒电容

PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。2.扩散电容

PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。结电容：

结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！清华大学华成英hchya@问题为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？为什么半导体器件有最高工作频率？§2半导体二极管一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数五、稳压二极管

一、二极管的组成将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。小功率二极管大功率二极管稳压二极管发光二极管一、蜘二极傻管的尖组成点接然触型串：结吐面积蛛小，建结电勒容小鲜，故泄结允杜许的返电流衰小，桨最高皮工作枣频率壁高。面接李触型警：结哪面积璃大，其结电稿容大忍，故殃结允惰许的终电流敌大，渡最高咏工作度频率河低。平面捡型：辟结面控积可船小、愧可大尾，小绕的工开作频说率高洽，大纺的结忍允许进的电旦流大那。二、任二极锄管的主伏安牵特性凭及电缸流方竟程材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.5~0.8V1µA以下锗Ge0.1V0.1~0.3V几十µA开启艘电压反向荡饱和恨电流击穿肢电压温度祖的电压蛛当量二极如管的机电流兔与其辱端电搂压的粘关系疑称为拉伏安粉特性拢。利用Mu权lt粥is袋im测试绪二极午管伏煎安特丹性从二嚼极管曲的伏乱安特亚性可数以反进映出若：1.单向住导电搭性2.伏安影特性从受温滔度影时响T（℃）↑→在电辣流不舌变情灿况下防管压般降u↓→反向清饱和侦电流IS↑，U(B染R)↓T（℃）↑→正向想特性糖左移，反往向特衣性下饱移正向蚕特性提为指而数曲渐线反向佣特性剂为横图轴的成平行廊线增大1倍/1蚊0℃三、贿二极撑管的脊等效露电路理想二极固管近似踩分析捡中最顶常用理想开关导通时UD＝0截止时IS＝0导通时UD＝Uon截止时IS＝0导通汤时△i与△u成线塑性关惜系应根据架不同摸情况饺选择削不同命的等桐效电脑路！1.将伏学安特鹅性折见线化？10殖0V？5V？1V？2.微变舱等效喝电路Q越高屿，rd越小睁。当二戚极管新在静攻态基蓬础上圈有一王动态歌信号宜作用脑时，看则可芹将二才极管隐等效漂为一暑个电明阻，痛称为浊动态链电阻耽，也零就是滨微变航等效怜电路磁。ui=0时直悲流电商源作杠用小信最号作亭用静态打电流四、垮二极肺管的蜡主要糕参数最大阶整流歌电流IF：最大肢平均镜值最大祸反向煤工作毯电压UR：最大石瞬时雀值反向统电流IR：即IS最高些工作粒频率fM：因PN结有孟电容剩效应第四版——P20讨论芦：解决门两个谈问题如何腾判断舅二极配管的鱼工作钳状态限？什么辫情况密下应坛选用棵二极粪管的匆什么龙等效灵电路量？uD=V－iRQIDUDV与uD可比挣，则捷需图献解：实测布特性对V和Ui二极弄管的模裕型有崇什么木不同排？五、滥稳压管二极挥管1.伏安主特性进入某稳压笑区的喊最小扰电流不至柿于损描坏的闭最大疼电流由一萍个PN结组唤成，洋反向耽击穿构后在毁一定论的电概流范慨围内线端电旬压基弟本不善变，喷为稳具定电蓄压。2.主要丢参数稳定挥电压UZ、稳定呆电流IZ最大趋功耗PZM＝IZMUZ动态硬电阻rz＝ΔUZ/ΔIZ若稳看压管狐的电岛流太与小则堂不稳练压，哀若稳吓压管山的电四流太勿大则金会因谋功耗污过大塞而损成坏，谣因而胁稳压愤管电复路中宇必需至有限缴制稳种压管染电流舒的限折流电真阻！限流唯电阻斜率贷？§1殊.3晶体庸三极元管一、怪晶体役管的雾结构摸和符叛号二、鸦晶体转管的丢放大弯原理三、成晶体表管的锈共射效输入采特性选和输弊出特焰性四、坡温度朋对晶绞体管丝式特性贞的影业响五、戴主要诱参数一、伐晶体券管的养结构耕和符妇号多子稿浓度简高多子睛浓度熟很低昼，且贵很薄面积竟大晶体枝管有市三个蒸极、诵三个课区、艰两个PN结。小功率管中功率费管大功称率管为什么有孔？二、但晶体旺管的蜜放大捷原理扩散期运动延形成睛发射誉极电植流IE，复合冰运动父形成稀基极衔电流IB，漂移权运动肾形成托集电寺极电门流IC。少数烧载流童子的然运动因发工射区手多子波浓度戏高使穗大量罢电子斤从发精射区喊扩散复到基悦区因基赔区薄脏且多设子浓艇度低静，使秧极少涂数扩甜散到治基区贿的电腾子与友空穴剩复合因集叮电区誉面积减大，驼在外说电场健作用思下大蛛部分柿扩散觉到基岭区的患电子讯漂移矿到集挨电区基区魄空穴刊的扩洋散电流胀分配委：IE＝IB＋ICIE－扩散豪运动籍形成蹈的电昆流IB－复合况运动戏形成伙的电辣流IC－漂移嘴运动雷形成牧的电渴流穿透安电流集电枪结反办向电平流直流姐电流隐放大盗系数交流场电流划放大阵系数为什照么基塌极开岔路集灶电极涝回路远会有蹄穿透解电流门？三、熔晶体贯管的袭共射吸输入仪特性舰和输柏出特帮性为什点么UCE增大烂曲线跟右移煎？对于银小功会率晶舟体管蓝，UCE大于1V的一很条输月入特咳性曲败线可叉以取群代UCE大于1V的所污有输拨入特潜性曲枯线。为什辜么像PN结的汽伏安勒特性击？为什苹么UCE增大健到一志定值荒曲线工右移小就不蒜明显拖了？1.输入汽特性2.输出烘特性β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下?对应描于一劲个IB就有泡一条iC随uCE变化挂的曲矿线。为什补么uCE较小攻时iC随uCE变化或很大米？为乔什么狡进入蔬放大介状态育曲线规几乎泡是横收轴的彻平行积线？饱和少区放大裙区截止辆区晶体额管的挎三个叛工作因区域晶体童管工颜作在律放大取状态讨时，焦输出旧回路身的电叙流iC几乎毁仅仅师决定哄于输开入回堡路的恨电流iB，即可天将输忍出回铜路等毒效为勇电流iB控制吊的电削流源iC。状态uBEiCuCE截止＜UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE饱和≥Uon＜βiB≤uBE四、圆温度止对晶衰体管震特性明的影治响五、惊主要艺参数

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