半导体器件的知识点总结

半导体器件的知识点总结1·半导体的电阻率为为10-3～109Ω⋅cm。典型的半导体有硅、锗以及砷化镓等。2·本征半导体：化学成分纯净、具有晶体结构的半导体材料。单晶体形态；有两种载流子；特点：自由电子浓度=空穴浓度；温度稳定性差：温度越高，自由电子的浓度越大；载流子浓度低：在室温下，硅原子的离子化率为十亿分之一；导电性差：本征硅的导电性接近于绝缘体；杂质半导体：掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体；半导体N型（电子型半导体）：掺入五价元素，自由电子为多子，由掺杂形成；空穴为少子，由热激发形成种类P型（空穴型半导体）:掺入三价元素，空穴是多子，由掺杂形成；自由电子是少子，由热激发形成；注意：（1）电子带负电，空穴带正电；（2）少子浓度与温度有关，多子浓度与掺杂浓度有关；（3）杂质半导体中多子和少子移动都能形成电流，但是由于数量关系，起导电作用的主要是多子，近似认为多子与杂质浓度相等。（4）在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴，故其有一定的导电能力。（5）本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所参杂质决定。（6）半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料有关。3·PN结(1)PN结的形成：浓度差多子的扩散运动杂质离子形成空间区域电荷空间电荷区形成内电场内电场使少子漂移多子扩散（2）PN结的单向导电性：PN结正偏时，电阻很小，PN结导通PN结反偏时，电阻很大，PN结截止反向饱和电流：在一定温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加电压的大小无关，这个电流称为反向饱和电流。4·PN结的电容效应势垒电容Cb决定因素扩散电容Cd小结：（1）PN结的结电容Cj=Cb+Cd;(2)势垒电容和扩散电容均是非线性电容；（3）Cb,Cd一般都很小，几pF~几百pF，与截面积有关;(4)Cb,Cd的大小并不固定，与外加电压有关。（5）对低频信号呈现很大的容抗。其作用可以忽略不计。5·半导体二极管二极管的数学分析模型：0<V<Vth时，正向电流为零正向特性V>Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律(V>0)增长硅二极管的开启电压为0.5V左右，锗二极管的开启电压为0.1V左右。VBR<V<0时，反向电流很小，且基本不随反向电反向特性压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱（V<0）电流V<=VBR时，反向电流急剧增加，VBR称反向击穿电压温度对二极管的特性有显著影响，当温度升高时，正向特性曲线左移，反向特性曲线下移稳压二极管6·特殊的二极管太阳能电池（2）光敏二极管（3）发光二极管（4）肖特基二极管（5）齐纳二极管7·双极结型三极管（BJT）放大条件内部条件：三区的掺杂浓度不同外部条件：发射结正偏，集电结反偏电位关系：NPN型，Vc>Vb>VePNP型，Vc<Vb<Ve(2)内部载流子的传输发射结：多子扩散为主；集电结:少子漂移为主；集电结收集来自发射结的电子形成Icn.小结：发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当于基区很厚，没有电流放大作用。（3）BJT的电流关系三种组态：共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示（4）三极管的电流关系与放大系数①IE=IB+IC②共基极直流电流放大倍数③共发射极直流电流放大倍数（5）BJT特性曲线①输入特性曲线：（共发射极）IB=f(CBE)|VCE=常数②输出特性曲线：IC=f(VCE)|IB=常数输出特性曲线可以分为三个区域：饱和区——VCE<0.7V，发射结正偏，集电结反偏。放大区——发射结正偏，集电结反偏且反偏电压大于0.7V.截止区——发射结反偏，集电结反偏。8·场效应管定义：场效应管（简称FET）是一种电压控制器件。工作时只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。种类：结型场效应管（JFET）绝缘栅场效应管（MOSFET）(3)优点：输入阻抗高；内部噪声小，温度稳定性好；易集成，工作频率高，功耗低；绝缘栅型场效应管栅极处于绝缘状态的场效应管，输入阻抗很大，目前管饭应用的是二氧化硅为绝缘层的绝缘栅场效应管，称为金属氧化物半导体场效应管。增强型N沟道种类耗尽型N沟道增强型P沟道耗尽型P沟道结构N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层二氧化硅薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出两个电极：一个是漏极D，相当于BJT的集电极C；另一个是源极相当于BJT的发射极E。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G，相当于BJT的基极B。P型半导体称为衬底，用符号B表示。工作原理栅源电压VGS的控制作用当VGS=0时，漏源之间相当于两个背靠背的二极管，在D,S之间加电压不会在D，S间形成电流ID=0。当栅极加有电压时，若0<VGS<VT(开启电压)时，不能形成漏极电流ID;当VGS>VT时，可以形成漏极电流ID；在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与O型半导体的多子空穴极性相反，故称为反型层。即VGS越大，沟道越厚，在漏源电压VDS一定的情况下，漏极电流ID越大转移特性曲线描述VGS对漏极电流的控制关系①漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用②VGS>VT且为某一固定值时，分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响当为VDS0或较小时，沟道呈斜线分布；当VDS增加使漏极处沟道刚刚开启的情况，称为预夹断；随着VDS的增加，预夹断区域加长，伸向S极，VDS的增加部分基本降落在随之加长的夹断沟道上ID基本趋于不变。漏极输出特性曲线：当VGS>VT且为某一固定值时，漏源电压VDS对漏极电流ID的影响这一关系曲线称为漏极输出特性曲线预夹断线：VDS=VGS-VT0<VDS<VGS-VT可变电阻区VDS>VGS-VT恒流区N沟道耗尽型MOSFET如图，在栅极下方的二氧化硅绝缘层中掺入大量的金属正离子。所以，当VGS=0时，这些正离子已经形成了导电沟道。于是，只要有漏源电压，就会有漏极电流产生。栅源电压VGS的控制作用当VGS>0时，将使ID进一步增加。VGS<0时，随着VGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0.对应ID=0的VGS称为夹断电压，用VP表示。N沟道耗尽型的MOS管的转移特性曲线如所示，即在正负栅源电压下均能工作、VP<0②漏极电压VDS对漏极电流ID的控制作用总结：截止区：VGS<VP<0，导电沟道消失可变电阻区：0<VDS<VGS-VP,ID变化较快饱和区：ID基本保持不变，VDS>VGS-VP(8)P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。(9)结型场效应管（JFET）结构：N沟道管：电子导电P沟道管：空穴导电工作原理栅源电压对沟道的控制作用在栅源间加负电压VGS，令VDS=0当VGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。当VGS增大时PN结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，