第一章--半导体器件讲解.ppt

1、第1章半导体器件，1.1半导体基础知识1.2 PN结(半导体二极管)1.3半导体三极管，半导体器件是由半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件包括二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体器件是各种电子电路中最基本的元件。1.1半导体基础知识1。半导体的导电特性。半导体有一些特殊的性质：照明、加热和掺杂可以显著改变它们的导电特性。通过一定的工艺过程，半导体可以制成规则结构的晶体。在现代电子学中，最常用的半导体是硅和锗，它们的最外层电子(价电子)都是四个。原子、价电子和去除价电子后的物质的电导率与原子结构有关。纯半导体晶体被称为本征半导体。第二，在本征半导体中，相邻的原子共享一个价电子，形成稳定的

2、共价键结构。空穴可以被认为是带正电荷的载流子。本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴。热激发产生的自由电子和空穴成对出现，电子和空穴可能成对复合和消失，这称为复合。自由电子和空穴在一定温度下保持一定浓度。热激发产生自由电子和空穴。随着温度的升高，价电子将获得能量，脱离共价键，成为自由电子，同时在原位留下空穴。磷和砷等五价元素被掺杂到纯半导体硅或锗中。在共价键结构中，由于多余价电子的存在，产生了大量的自由电子。这种半导体主要由自由电子传导，自由电子被称为电子半导体或氮型半导体，其中自由电子是多数载流子，由热激发形成的空穴是少数载流子、磷型半导体、氮型半导体和杂质半导体。硼和

3、铝等三价元素被掺杂到纯半导体硅或锗中。在共价键结构中，由于缺少价电子，形成了大量的空穴。这种半导体的导电性主要取决于空穴运动，称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴是多数载流子(多载流子)，热激发形成的自由电子是少数载流子(少数载流子)。掺杂极大地提高了半导体的导电性。P型半导体和N型半导体对外界都是电中性的。杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。少数载流子是由热激发产生的，它们的数量取决于温度。1.PN结的形成，即载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动，1.2 PN结，半导体的一侧掺杂到p型半导体中，另一侧掺杂到n型半导体中，在两个半导体的界面处会形成一个特殊的薄层PN结。在半导体中，如

4、果载流子浓度分布不均匀，由于浓度差，载流子将从高浓度区移动到低浓度区，这称为扩散运动。PN结区结合形成浓度差的多重扩散，外加电场与内部电场相反，内部电场减弱，扩散运动大大超过漂移运动，N区的电子不断向P区扩散，P区的空穴不断向N区扩散。由于高的多重态浓度，形成了大的正向电流(扩散电流)，并且电流方向是PN结。这时，PN结被接通，这相当于一个小电阻。第二，PN结的单向导电性，加上直流电压(正向偏置)，外部电场的方向与内部电场的方向相同，这增强了内部电场，使得难以进行多载流子扩散。少数载流子在电场作用下形成反向电流IR，方向为NP。因为它是由少数载流子漂移运动引起的，所以红外辐射非常小。此时，PN

5、结被关闭，这相当于一个大电阻。施加反向电压(也称为反向偏置)结论：PN结正向偏置，空间电荷区变窄，正向电阻很小(0)，正向电流很大，PN结导通，PN结反向偏置，空间电荷区变宽，反向电阻很大。第三，PN结的击穿。当二极管处于反向偏置时，流经PN结的电流在一定电压范围内非常小，但当电压超过一定值时，反向电流急剧增加。这种现象被称为反向击穿。对应于击穿的反向电压称为击穿电压，并计为击穿电压。击穿有两种类型：雪崩击穿和齐纳击穿。击穿破坏了PN结的单向导电性，使用时应避免。*击穿并不意味着PN结烧坏。其可以通过击穿特性制成齐纳二极管。4.PN结的电容效应，PN结的总电容：PN结两端加电压，内部电荷变化，

6、产生电容效应。势垒电容CT:当反向偏置电压改变时，空间电荷区也相应改变，结区的正负离子数也随之改变，即电荷增加或减少，相当于电容的充放电，产生电容效应。扩散电容：当结正向偏置时，多数载流子的扩散运动增强，多重态在从一个区域进入另一个区域后继续扩散，其中一些重新结合，从而形成一定的浓度分布。电子聚集在靠近P区的结的一侧，空穴聚集在另一侧，即形成电荷聚集。这种效应由扩散电容表示。在低频下使用时，结电容的影响可以忽略不计。一个PN结加上相应的电极引线，用管壳封装，构成一个半导体二极管，简称二极管。5.半导体二极管，点接触型：PN结面积很小，结电容很小，主要用于高频检测和脉冲数字电路中的开关元件。表面

7、接触型：PN结结面积大，结电容大，广泛应用于低频整流电路。平面型：大结面积适用于大功率整流，小结面积适用于数字电路中的开关器件。分类、结构和符号，根据结构：根据材料：硅二极管、锗二极管，正向特性，当直流电压很小时，外部电场不足以克服内部电场对多光子扩散的阻力，PN结仍处于关断状态。当直流电压大于死区电压时，正向电流随着直流电压的增加而迅速上升。硅管的死区电压一般约为0.6V，锗管的死区电压约为0.2V。当施加反向电压时，PN结处于关断状态，反向电流很小。当反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。反向特性、二极管特性、死区电压、温度特性，随着温度的升高，正向压降降低，反向电流增加，击穿电压增加

8、。1)最大整流电流if:指长期运行期间允许通过管道的最大正向平均电流。2)最大反向工作电压UR:二极管在工作过程中能够承受的最大反向电压(约为UB的一半)。3)反向电流IR:指管道未破裂时的反向电流。该值越小，管道的单向传导率越好。4)最高工作频率fm:主要取决于PN结的结电容大小。二极管的主要参数，5) DC电阻RD:二极管工作点的端电压与电流之比。6)交流电阻rd:二极管工作点附近微可变电压与相应微可变电流的比值。当u有时，Q点的二极管特性曲线斜率为，理想二极管：正向电阻为零，正向导通为短路特性，忽略正向压降；反向电阻为无穷大，反向截止为开路，反向漏电流为也就是说，rZ=UZ/IZ (4)

9、额定功率PZ和最大稳定电流IZM:额定功率PZ是电压调节器允许结温时的最大功率损耗。最大稳定电流IZM指的是允许通过调节管的最大电流。它们之间的关系是：PZ=UZIZM，电压调节器的主要参数：VII。二极管的应用，二极管具有单向导电性。当二极管正向导通时，将出现电压降VD(硅管为0.7V)，可由电压源VD或短路代替。当反向切断时，相当于断开。1.利用二极管单向导通将双向信号转换为单向信号的整流电路。2。限幅电路，其功能是将输出信号的幅度限制在一定范围内，即当输入电压超过或低于某一参考值时，输出电压将被限制在某一电平(称为限幅电平)，不会随输入电压而变化。如果二极管具有理想的开关特性，那么当u低

10、于e时，VD被切断，uoE；当u高于e时，VD被打开，你想：如果二极管的极性反转，会有什么影响？3.二极管门电路。由二极管组成的门电路可以实现一定的数字逻辑运算。在图中所示的电路中，一个输入处于低电平，相应支路的二极管导通，输出处于低电平。当所有输入为高电平时，二极管关闭，电阻中没有电流，电压降为0，输出为高电平。这个逻辑运算是一个与运算。其他二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管、光电耦合器件、三极管的结构和类型，半导体三极管由两个背靠背的PN结组成。在工作过程中，两种载流子(电子和空穴)参与传导，所以它们也被称为双极晶体管，简称晶体管。两个PN结将半导体分成三个区域。这三个区域的排列可

11、以是氮-磷-氮或磷-氮-磷.因此，有两种类型的三元组：NPN型和PNP型。1.3半导体三极管、NPN型、PNP型，箭头方向表示发射极结加直流电压时的电流方向，三极管的三种连接方式为共集电极连接，集电极作为共电极，用CC表示；公共基极连接，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极连接，发射极作为共电极，用CE表示；1.放大的条件：a)发射极区的杂质浓度；b)非常薄的基底区域；c)大集电极结面积；3)三极管的放大；共发射极放大器电路；a)发射极区域将电子注入基极区域以形成发射极电流iE b)基极区域中电子的扩散和复合以形成基极电流iB)集电极区域形成集电极电流iC。此外，集电极结的反向偏置还形成了集

12、电极区少数载流子空穴和基极区少数载流子电子的漂移运动，导致反向饱和电流ICBO。2，三极管中载流子的传输过程，3，电流分布关系，实验表明，IC比IB大十到百倍，所以IB虽小，但它能控制IC，而且IC随IB的变化而变化，即基极电流的微小变化能引起集电极电流的较大变化，表明基极电流能以较小的量控制大量的集电极，这就是三极管的电流放大。ICIB，类似于二极管，三极管的特性曲线，输入特性和输出特性曲线，(1)放大区：发射极正向偏置，集电极反向偏置，(2)截止区：发射极反向偏置，集电极反向偏置，(3)饱和区：发射极正向偏置，集电极正向偏置，此时，1。电流放大系数：iC iE iC=iB 2，电极间反向电流ICBO，iceo: iceo=(1) icbo 3，极限参数(1)最大允许集电极电流ICM:当集电极电流降至额定值的2/3时允许的最大集电极电流。(2)反向击穿电压：基极开路时集电极和发射极之间的最大允许电压。(3)采集器动力系统控制模块的最大允许功耗。三极管的主要参数，温