第七章半导体器件基础

第七章半导体器件基础7.1半导体的基本知识7.2半导体二极管7.3半导体三极管7.4

晶体管的主要参数7.5场效应晶体管电阻率介于10e-3∼10e8Ω.cm，可变化区间大，介于金属（10e-6Ω.cm～10e-3Ω.cm）和绝缘体（10e8Ω.cm～10e20Ω.cm）之间热敏性：纯净半导体负温度系数，掺杂半导体在一定温度区域出现正温度系数光敏性：具有光敏性，用适当波长的光照射后，材料的电阻率会变化，即产生所谓光电导掺杂性：半导体中存在着电子与空穴两种载流子7.1半导体的基本知识内电场E

因多子浓度差

形成内电场

多子的扩散

空间电荷区

阻止多子扩散，促使少子漂移。PN结合空间电荷区多子扩散电流少子漂移电流耗尽层少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散又失去多子，耗尽层宽，E内电场E多子扩散电流少子漂移电流耗尽层动态平衡：扩散电流＝漂移电流总电流＝0势垒UO硅0.5V锗0.1V(1)加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区

外电场的方向与内电场方向相反。

外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成正向电流IF正向电流

外电场的方向与内电场方向相同。

外电场加强内电场→耗尽层变宽→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成反向电流IRPN正偏IF（多子扩散）IR（少子漂移）反偏反向饱和电流反向击穿热击穿——烧坏PN结电击穿——可逆反向击穿电压

根据理论分析：u为PN结两端的电压降i为流过PN结的电流IS为反向饱和电流UT=kT/q

称为温度的电压当量其中k为玻耳兹曼常数

1.38×10－23q

为电子电荷量1.6×10－9T为热力学温度对于室温（相当T=300K）则有UT=26mV。当u>0u>>UT时当u<0|u|>>|UT

|时DUUD二极管的导通压降。硅管0.7V；锗管0.3V。正偏反偏导通压降二极管的V—A特性稳压二极管VBVSIR0VI利用二极管的击穿性质工作；V<VB时，反向电流很小；V=VB时，反向电流将很快增大，电流小于最大允许电流，二极管可以安全工作；电流变化大，电压变化很小，达到稳压的目的。稳压二极管的主要特性稳压二极管的主要特性1.3变容二极管利用PN结的电荷随电压非线性变化的特性工作；正偏电压下扩散电容，反偏电压下势垒电容（常用）；作用：1、由电压改变电抗（C）做信号开关和调制；

2、有非线性变化产生信号谐波；

3、对不同频率的信号进行参量放大或变频；现有Si、Ge、GaAs等材料的上万种产品，电容量大约

pF～几十pF

。A(+)K(-)PN结势垒电容VCj0可变电容：随外加电压变化，耗尽层宽度变化，

电容变化。平行板电容：S：面积，d：耗尽层宽度，(ε0)ε：(真空）介电常数。C~V特性杂质浓度指数分布：A：系数m：杂质指数解泊松方程求得空间电荷区宽度：

V：外加电压VD：接触电势差变容二极管指数：外加电压为0时的势垒电容：C~V特性1/531/64线性缓变结1/31超突变结7-13/71-1超缓变结1/42突变结1/202-3/2PN结类型势垒电容nmC~V特性变容二极管的优值优质定义：Wc：存贮能量CjWr

：一个周期消耗能量等效电路：CjLsRsRpCpABDLs：串联电感Rp：二极管电阻Cp：管壳电容Rs：串联电阻角频率ω=2πf二极管电阻Rp~MΩ串联电阻Rs~Ω二极管电容Cj~pf低频由Rp决定，反压V增加，d增加，Cj

减小，Q下降。由Q=1得低频截止频率：变容二极管的优值最大优值：Qm由Rp、Rs决定，与Cj无关，~103数量级。由求出在时高频由Rs决定，反压V增加，d增加，Rs、Cj

减小，Q增加。由Q=1得低频截止频率：变容二极管的优值双变容二极管CHCLV1V2VCjSiO2PNAlBACMOSCjAB

V<V1,CMOS<<Cj,C=CMOSV>V2,CMOS>>Cj,C=CjV1<V<V2,CMOS~Cj,CMOS~Cj,C变化大将电能变成光能的特殊器件；

PN结加正向电压，使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，运动中电子和空穴产生复合；非平衡少子复合，放出能量hν(一个光子)，产生辐射发光。发光二极管。●ECEVhν1、工作原理3、发光二极管的种类4、发光二极管的特点与用途特点：体积小，功耗低，寿命长，响应快，机械强度高，能和各种电路相结合。用途：高速开关光源，光通信和测距的光源，光电自动控制系统和光电显示装置的光电控制和显示器件。红外光：砷化镓(GaAs)发光二极管可见光：红色：磷砷化镓(GaAsP)发光二极管绿色：磷化镓(GaP)发光二极管红～黄色：磷化镓(GaP)+锌(Zn)发光二极管光敏二极管●ECEVhν将光信号转变为电信号的特殊器件，PN结很浅，