《电子技术基础》课件-1 半导体基本知识

电子技术基础1.半导体基本知识任务目标：1.

熟悉本征半导体；2.

熟悉杂质半导体；3.

掌握PN结及其单向导电性。一、本征半导体(intrinsicsemiconductors)1.半导体(semiconductor)共价键Covalentbond价电子晶体中的价电子与共价键+4+4+4+4+4+4+4+4+42.本征半导体(intrinsicsemiconductors)纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。共价键Covalentbond价电子晶体中的价电子与共价键+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体中的载流子+4+4+4+4+4+4+4+4+4带正电的空穴hole带负电的自由电子Freeelectron本征半导体中的两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。本征载流子的浓度对温度十分敏感+4+4+4+4+4+4+4+4+4电子-空穴对二、杂质半导体1.N型（或电子型）半导体(N-typesemiconductor)在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为杂质半导体。在4价的硅或锗中掺入少量的5价杂质元素，+5+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子失去自由电子的杂质原子固定在晶格上不能移动，并带有正电荷，称为正离子。+5+4+4+4+4+4+4+4+4多数载流子Majoritycarrier少数载流子Minoritycarrier2.P型半导体(P-typesemiconductor)在硅或锗晶体中掺入少量的3价杂质元素，+3+4+4+4+4+4+4+4+4空位+3+4+4+4+4+4+4+4+4空穴多数载流子少数载流子三、PN结及其单向导电性1.PN结中载流子的运动-++++++++++++-----------空间电荷区内电场Uho又称耗尽层，即PN结。最终扩散(diffusion)运动与漂移(drift)运动达到动态平衡，PN结中总电流为零。内电场又称阻挡层，阻止扩散运动，却有利于漂移运动。硅约为（0.6~0.8）V锗约为（0.2~0.3）V扩散漂移-++++++++++++-----------2.PN结的单向导电性加正向电压正向电流外电场削弱了内电场有利于扩散运动，不利于漂移运动。空间电荷区变窄+-U-++++++++++++-----------RE耗尽层内电场Uho-U外电场I加反向电压称为反向接法或反向偏置（简称反偏）+-U-++++++++++++-----------RE内电场

外电场Uho+U

空间电荷区外电场增强了内电场有利于漂移运动，不利于扩散运动。I动画结论：PN结具有单向导电性：正向导通，反向截止。反向电流2.半导体三极管任务目标：1.熟悉三极管的结构；2.掌握三极管中载流子的运动和电流分配关系；

3.熟悉三极管的特性曲线；4.掌握三极管的主要参数。半导体三极管晶体管(transistor)

双极型三极管或简称三极管制作材料：分类：它们通常是组成各种电子电路的核心器件。双极型又称为：硅或锗NPN型PNP型一、三极管的结构三个区发射区：杂质浓度很高基区：杂质浓度低且很薄集电区：无特别要求发射结集电结集电区基区发射区cbeNPN型三极管的结构和符号两个PN结发射结集电结三个电极发射极

e基极

b集电极

c集电极

ccollector基极

bbase发射极

eemitterNPNRbRcEBECecb发射极电流二、三极管中载流子的运动和电流分配关系发射:发射区大量电子向基区发射。2.复合和扩散：电子在基区中复合扩散。3.收集：集电区将扩散过来的电子收集到集电极。同时形成反向饱和电流ICBO。IEICIBICNIENIBNICBO集电极电流基极电流RbRcEBECecbIEICIBICNIENIBNICBOIC

=

ICN+

ICBOIE

=

ICN+

IBNIEN

=

ICN+

IBNIE

=

IENIE

=

IC+

IB整理以上公式得：IB

=

IBN-

ICBOβ≈ICIBIE

=

IC+

IB当ICEO

<<

IC时，可得β称为共射直流电流放大系数。ICEO

=（

1+β）ICBOICEO称为穿透电流。IE=IC+IBIC

≈βIBIE=（1+β）IBβ=ΔICΔIBβ：共射交流电流放大系数。三、三极管的特性曲线1.输入特性IB=f（UBE）UCE=

常数UCE=0VUCE=2V当UCE大于某一数值后，各条输入特性十分密集，通常用UCE

>1

时的一条输入特性来代表。UBE/ViB/μAO

三极管的输入特性UBEib+-UCE=0VBBRbbec

三极管的输入回路2.输出特性iC/mAOuCE/ViB=80μА6040200IC=f(UCE)IB=常数饱和区放大区截止区：IB≤0的区域，IC

≈0，发射结和集电结都反偏。2.

放大区：发射结正偏集电结反偏ΔIC=βΔIB

3.

饱和区：发射结和集电结都正偏，UCE较小，IC

基本不随IB

而变化。当UCE=UBE

时，为临界饱和；当UCE<UBE

时过饱和。截止区动画（a）（b）（c）[例]判断图示各电路中三极管的工作状态。0.7VVT0.3VRbRcECEBVTRbRcECVT四、三极管的主要参数2.反向饱和电流β=ΔICΔIBβ≈ICIBβ

共射直流电流放大系数

集电极和基极之间的反向饱和电流ICBO

集电极和发射极之间的穿透电流

ICEOICEO=（1+）ICBOβ两者满足1.电流放大系数

共射电流放大系数β3.极限参数a.集电极最大允许电流

ICMiC/mAOuCE/V三极管的安全工作区过流区集射反向击穿电压U(BR)CEO集基反向击穿电压U(BR)CBOICUCE=PCM过压区安全工作区ICM过损耗区U(BR)CEOc.极间反向击穿电压b.集电极最大允许耗散功率

PCM下页上页首页下页上页五、PNP型三极管PNP型三极管的放大原理与NPN型基本相同，但外加电源的极性相反。~VBBuiRbRcVT+-uoVCC~VBBuiRbRcVT+-uoVCC首页3.场效应三极管任务目标：1.掌握结型场效应管；2.掌握绝缘栅场效应管；3.熟悉场效应管的主要参数。场效应三极管的分类：分类：结型场效应管绝缘栅场效应管增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道N沟道P沟道P沟道一、结型场效应管1.结构N型沟道耗尽层GDSGDSP+P+N沟道结型场效应管的结构和符号栅极漏极源极2.工作原理UGS=0UGS<0UGS=UGS(off)⑴

当UDS=0

时，UGS对耗尽层和导电沟道的影响。ID=0ID=0N型沟道GDSP+P+N型沟道GDSP+P+GDSP+P+IS=IDIDISIDISUGS=0，UDG<|UGS(off)|UGS<0，UDG<|UGS(off)|⑵.当UDS＞0

时，UGS对耗尽层和ID的影响。NP+P+VGGVDDGDSNP+P+VDDGDS沟道较宽，ID

较大。沟道变窄，

ID

较小。NP+P+IDISVGGVDDP+P+IDISVGGVDDUGS<0，UDG=|UGS(off)|，UGS≤

UP

，UDG

>

|UGS(off)|，ID≈0，导电沟道夹断。ID更小，导电沟道预夹断。3.特性曲线⑴.转移特性曲线ID=f（UGS）|UDS=常数GDSmAVVIDVGGVDD场效应管特性曲线测试电路Ｎ沟道结型场效应管转移特性

IDSSUP饱和漏极电流UGS/VID/mAO⑵.输出特性曲线ID=f（UDS）|UGS=常数预夹断轨迹可变电阻区恒流区击穿区|UGS(off)|8VIDSSUGS=0-4-2-6-8ID/mAUDS/VO|UDS-UGS|=|UP|可变电阻区：恒流区：又称饱和区N沟道结型场效应管的漏极特性夹断区：夹断电压击穿区：二、绝缘栅场效应管1.N沟道增强型MOS场效应管⑴

结构P型衬底N+N+BSGDSiO2铝SGDBP型衬底N+SGDBN+⑵

工作原理N型沟道UGS>UT时形成导电沟道VGGUDS对导电沟道的影响IDP型衬底N+N+SGDBVGGN型沟道VDDUDS对导电沟道的影响⑶

特性曲线IDOUT2UT预夹断轨迹可变电阻区恒流区ID/mAUDS/VOUGS/VID/mAO截止区2.N沟道耗尽型MOS场效应管GDSBP型衬底N+N+SGDBN型沟道++++++耗尽型：UGS

=0

时有导电沟道。增强型：UGS

=