半导体基础知识2

第一章半导体二极管和三极管1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2§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3一、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42、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5两种载流子

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。6二、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？72.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？8三、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。9PN结的结形成因电效场作排用所就产生桐的运伙动称惕为漂撕移运丧动。参与物扩散波运动隆和漂晕移运霉动的寸载流纽奉子数腹目相貌同，肝达到泊动态秧平衡糊，就寻形成丝式了PN结。漂移运动由于取扩散肝运动纠使P区与N区的供交界梅面缺踢少多横数载须流子(又称乘耗尽砍层、慰空间首电荷触区)，形魄成内押电场津，从坦而阻呼止扩饮散运护动的溪进行粘。内慢电场命使空斯穴从N区向P区运壶动、立自由思电子程从P区向N区运身动。10PN结加誉正向假电压株导通疏：耗尽宫层变碍窄，艰扩散润运动称加剧璃，由朱于外素电源挎的作撑用，丈形成庆扩散屈电流忍，PN结处宏于导剩通状织态。PN结加歌反向庭电压大截止衬：耗尽另层变烦宽，应阻止稍扩散拣运动杏，有绞利于秘漂移脊运动买，形亲成漂嫂移电复流。挂由于武电流济很小微，故山可近援似认锅为其己截止销。PN结的峰单向除导电膜性必要钟吗？11四、PN结的符电容半效应1.势垒馆电容PN结外组加电搜压变遗化时惧，空言间电权荷区多的宽头度将哭发生兰变化跟，有韵电荷脊的积叫累和响释放邀的过辫程，付与电傲容的甩充放兆电相珍同，见其等补效电奖容称样为势稿垒电衡容Cb。1213四、PN结的鼻电容单效应2.扩散烧电容PN结外横加的经正向蛮电压咬变化利时，舞在扩膨散路睬程中除载流肉子的皆浓度辛及其殿梯度捡均有锐变化谷，也牺有电驾荷的嫂积累蛇和释驶放的根过程绝，其摸等效对电容新称为摄扩散素电容Cd。结电容：结电插容不滋是常邪量！维若PN结外葡加电株压频例率高开到一鱼定程藏度，趣则失队去单言向导攻电性脊！13问题为什灿么将顿自然伶界导治电性昆能中灶等的洞半导柜体材笋料制视成本令征半现导体徐，导欺电性斩能极衔差，梢又将抓其掺敞杂，伪改善坊导电漂性能筒？为什垄么半葱导体幅器件晋的温陶度稳加定性鞭差？赤是多牲子还岔是少归子是毅影响佛温度董稳定之性的牲主要后因素居？为什雹么半鼻导体膊器件垄有最慕高工喜作频筝率？14答：视便于腔对导扩电能绘力进浊行控湾制。答：晚共价象键的仙稳定灶性受赌温度稠影响填较大架；少亭子是货影响挑温度段稳定蜡性的罪主要跨因素牵。答：槐半导耽体结疑电容扰不是百一个刺常量货。§2半导葱体二织极管一、峡二极踢管的丹组成二、陕二极脊管的扫伏安爸特性黄及电驰流方左程三、看二极火管的掠等效誉电路四、怕二极秒管的叼主要负参数五、恋稳压苦二极万管15一、呈二极英管的播组成将PN结封际装，央引出个两个职电极覆，就源构成伪了二塔极管蜡。小功锈率二起极管大功肯率二俯极管稳压二极收管发光二极炭管16一、兄二极惩管的煌组成点接灵触型梁：结友面积矮小，巧结电步容小纵，故姨结允绿许的御电流蚁小，嫌最高蜓工作功频率王高。面接啊触型搂：结谷面积灰大，杨结电劫容大熄，故撤结允康许的悦电流训大，蜻最高纠工作巨频率共低。平面薪型：老结面污积可挂小、辛可大役，小羽的工么作频挖率高恰，大所的结屑允许慢的电浩流大猴。17二、祥二极镰管的帆伏安渗特性始及电士流方隶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开启塘电压反向来饱和尽电流击穿撇电压温度田的电压究当量二极牢管的舅电流泪与其哥端电柜压的剩关系赞称为谊伏安柿特性商。1819利用Mu盖lt瞎is畏im测试能二极晕管伏急安特大性20从二锡极管汇的伏静安特改性可练以反初映出告：1.单向亿导电退性2.伏安脚特性甘受温加度影搅响T（℃术）↑刺→在杜电流冤不变汗情况寄下管羊压降u↓→反向旱饱和规电流IS↑，U(B尘R)↓T（℃枕）↑呀→正肯向特太性左态移，反掏向特渠性下竹移正向来特性考为指效数曲找线反向洋特性呆为横咐轴的内平行割线增大1倍/1榜0℃21三、维二极斩管的设等效灿电路理想二极斩管近似逃分析蛇中最形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导通棋时△i与△u成线爬性关省系应根轧据不现同情孩况选任择不症同的旅等效共电路帜！1.将伏印安特宜性折河线化？10疤V？5V？1V？222.微变弹等效行电路Q越高够，rd越小店。当二耀极管抢在静奇态基满础上潜有一膨动态矮信号灶作用汽时，葛则可敞将二谋极管沈等效龙为一惜个电兰阻，沉称为兴动态若电阻厉，也到就是肌微变碑等效闲电路门。ui=0时直骆流电俗源作像用小信掀号作布用23静态常电流四、魔二极跟管的乱主要斧参数最大霞整流牌电流IF：最斑大平束均值最大什反向壮工作臭电压UR：最户大瞬聪时值反向摧电流IR：即IS最高庸工作鞠频率fM：因PN结有末电容走效应第四版——P2024讨论倾：解决识两个尚问题如何栗判断肆二极伤管的考工作嫌状态喷？什么乔情况伏下应蠢选用际二极娇管的拍什么右等效匀电路乓？uD=V－iRQIDUDV与uD可比扩，则婆需图垒解：实测淹特性对V和Ui二极探管的模犯型有很什么市不同予？2526作业毛：设浅二极预管为个理想销状态曾。问辫：二仁级管扫工作时状态恨和输促出电财压？解：仔分析熔思路侨：这教是两虾节点闹三支番路电授路。哪先断痰开一众条支妄路，速判断彼电路薄导电老状态前；然群后，孔恢复勇断开枣支路友，再匀判断循电路低导电齐状态绣。答：D1反偏污截止氏；D2正偏衔导通香；UO＝－2V。例如浓：①首先触断开述左支拾路。达此时崖，D1反偏鹿截止周；D2正偏工导通童；UO＝－2V。②然爪后恢被复断神开的民这条贩支路曾，D2仍然男在4V电源朗作用否下正偏胀导通识；UO＝－2V，D1仍然述反偏丑截止土。五、梁稳压粪二极爆管1.伏安食特性进入混稳压决区的滴最小置电流不至逼于损旱坏的炭最大怀电流由一蝇个PN结组兵成，巧反向碍击穿膜后在慢一定埋的电桨流范钓围内臂端电翅压基钳本不仆变，舍为稳们定电械压。2.主要仇参数稳定废电压UZ、稳透定电可流IZ最大邻功耗PZM＝IZMUZ动态暴电阻rz＝ΔUZ/ΔIZ(rz＝rd)若稳赤压管漆的电续流太膏小则灭不稳础压，尖若稳行压管倾的电盐流太咬大则贯会因债功耗筑过大撤而损演坏，助因而怜稳压床管电径路中铁必需糖有限沃制稳心压管娱电流第的限姓流电依阻！限流自电阻斜率慕？27掌握P2强5[例1.场2.扇2]§1木.3晶体败三极晕管一、晒晶体国管的集结构号和符阀号二、笔晶体太管的银放大阁原理三、免晶体借管的情共射随输入电特性边和输允出特陪性四、际温度分对晶杯体管贞特性省的影见响五、历主要漆参数28一、屿晶体芦管的杏结构避和符蛮号多子才浓度两高多子茄浓度狼很低扮，且叶很薄面积翻大晶体巴管有齐三个问极、否三个护区、貌两个PN结。小功率管中功楚率管大功败率管为什么有孔？29二、画晶体胸管的浴放大穴原理扩散稼运动推形成她发射唉极电伐流IE，复逆合运堂动形仇成基外极电殊流IB，漂呼移运丝式动形芒成集抽电极店电流IC。少数豆载流小子的止漂移烧运动因发堪射区低多子赌浓度援高使精大量滚电子及从发常射区鼠扩散触到基稀区因基菠区薄徐且多值子浓皂度低寄，使阅极少氏数扩君散到头基区元的电撕子与蹈空穴粒复合因集挪电区宫面积画大，歉在外膀电场冬作用江下大纺部分罗扩散席到基雹区的方电子琴漂移制到集茫电区基区绳空穴壁的扩诊散30电流诉分配钻：IE＝IB＋ICIE－扩鸦散运网动形垮成的陡电流IB－复答合运旁动形老成的纺电流IC－漂虫移运宴动形嚼成的炸电流直流从电流停放大兄系数为什竿么基唉极开君路集贡电极秘回路摘会有查穿透杀电流揪？31无用钻电流接！温雨度的叨函数逗。影娇响三纽奉极管债特性职！交流爽电流焦放大淡系数集电旧结反港向电坐流穿透抽电流三、膏晶体猫管的送共射缝输入补特性博和输迹出特壳性为什撇么UCE增大倘曲线乞右移绞？对于君小功死率晶拆体管帖，UCE大于1V的一握条输杆入特忍性曲灵线可粉以取具代UCE大于1V的所救有输迹入特为性曲副线。为什忆么像PN结的处伏安滔特性裤？为什惠么UCE增大请到一喘定值循曲线爷右移签就不饲明显怀了？1.输入鸽特性322.输出那特性β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下?对应旗于一距个IB就有手一条iC随uCE变化悲的曲惊线。为什组么uCE较小砍时iC随uCE变化豆很大胃？为挖什么死进入私放大嫌状态范曲线户几乎优是横劣轴的快平行临线？饱和劲区放大应区截止访区33晶体经管的塑三个枝工作借区域晶体伤管工浙作在种放大涉状态枪时，卷输出锁回路丝式的电负流iC几乎助仅仅迎决定男于输寒入回德路的抓电流iB，即腐可将恭输出呆回路烈等效扶为受黄电流iB控制蛙的电掉流源iC。状态uBEiC或iBuCET工作条件截止＜UonICEOVCCe结反偏，c结反偏放大≥UonβiB

＞uBEe结正偏，c结反偏饱和≥Uon

IB’＞iC/β≤