模电课件 1-半导体基础知识
合集下载
模拟电子技术第1章PPT课件
多数载流子——自由电子 施主离子
少数载流子—— 空穴
7
8
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
8
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子 9
杂质半导体的示意图
(1) 稳定电压UZ ——
在规定的稳压管反向工作电流IZ下UZ，所对应的Iz反min 向工作电u压。
(2) 动态电阻rZ ——
△I
rZ =U /I
rZ愈小，反映稳压管的击穿特性△愈U 陡。
I zmax
(3) 最小稳定工作 电流IZmin——
保证稳压管击穿所对应的电流，若IZ＜IZmin则不能稳压。
(4) 最大稳定工作电流IZmax——
17
EW
R
18
(2) 扩散电容CD
当外加正向电压
不同时，PN结两 + 侧堆积的少子的 数量及浓度梯度 也不同，这就相 当电容的充放电 过程。
P区 耗 尽 层 N 区 －
P 区中电子 浓度分布
N 区中空穴 浓度分布
极间电容（结电容）
Ln
Lp
x
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
18
19
1.2 半导体二极管
30
31
四、稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
பைடு நூலகம்
模电1--常用半导体器件PPT课件
.5ຫໍສະໝຸດ 1.1.0 半导体特性常用的半导体导体材料有如：：金属 物元体素分半类导绝体缘：体硅（如S：i）橡、胶锗、（云G母e、）塑料等。
化合物半半导导体体：—砷化导镓电（能G力aA介s于）导体和绝缘体之间。 掺杂材料：硼(B)、铟(In)；磷(P)、锑(Sb)。
• 半导体特性
掺杂特性 掺入杂质则导电率增加几百倍
2. 在外电场的作用下，产生电流 — 电子流和空穴流 电子流 自由电子作定向运动形成的
与外电场方向相反
自由电子始终在导带内运动
空穴流 价电子递补空穴形成的
用空穴移动产
与外电场方向相同
生的电流代表束缚电
始终在价带内运动
子移动产生的电流
.
10
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体
掺入三价元素如B、Al、In等， 形成P型半导体，也称空穴型半导体
+4
.
8
本征半导体
共价键内的电子 挣脱原称子为核束束缚缚电的子 价带中电留子下称的为自由电子 空位称为空穴
导带
自由电子定向移 动形成电外子电流场E
禁带EG
束缚电子填补空穴的 定向移动形成空穴流
价带
.
9
本征半导体
1. 本征半导体中有两种载流子 — 自由电子和空穴 电子浓度ni = 空穴浓度pi
空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。
定其化学性质和导电性能 .
7
1.1.1 本征半导体
本征半导体
完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度：99.9999999%，“九个9” 它在物理结构上呈单晶体形态。
T=常0K用且的无本外征半界导激体发，只有束缚电子，没有自由电子，本征 半导体相当于绝缘体；T=300K，本征激发，少量束缚电子
模电第一讲绪论与半导体基础知识详解演示文稿
电流有无。
数字电路－处理数字信号
第当六前页6页，，共共3三1页十，一星期页二。。
数字化时代：
➢音乐：CD、MP3 ➢电影：MPEG、RM、DVD ➢数字电视 ➢数字照相机
➢数字摄影机 ➢手机
第当七前页7页，，共共3三1页十，一星期页二。。
数字化时代：
➢音乐：CD、MP3
➢电影：MPEG、RM、DVD
漂移电流
在外电场作用下，自由电子和空穴对电流的贡献是叠加的。
2、扩散运动和扩散电流
扩散运动：物质因浓度差而产生的运动。
光照
载流子浓度差 扩散运动 扩散电流
X
扩散电流是半导体中载流子的一种特殊运动形式，是由于载流子的浓度 差引起的，扩散运动总是从浓度高的区域向浓度低的区域进行。
结论：半导体中的载流子存在两种运动形式，一是电位差即
称为电子型半导体。
是少了？为什么？
结论：
（1）N型半导体＋＋5中5 多子是电子，主要由掺杂产生，多子浓度近似 等于杂质浓度。
（2）N型半导体中少子是空穴，由本征激发产生，少子浓度受 温度影响很大。
第二当前十2页0页，，共共3三1页十，一星期页二。。
2、P型半导体（空穴型Positive）
用扩散工艺将本征半导体中的某些硅原子用3价元素(B)代替。
相关概念：本征半导体、本征激发；
N型半导体、P型半导体；
多子、少子；
扩散电流、漂移电流
第十当前五1页5页，，共共3三1页十，一星期页二。。
一、半导体材料
1、什么叫半导体 ——导电性介于导体和绝缘体之间的物质。
导体：一般为低价元素，其最外层电子极易挣脱原子核的束缚而成为自
由电子，在外电场作用下定向移动形成电流。如铁、铜、铝等金属元素。
数字电路－处理数字信号
第当六前页6页，，共共3三1页十，一星期页二。。
数字化时代：
➢音乐：CD、MP3 ➢电影：MPEG、RM、DVD ➢数字电视 ➢数字照相机
➢数字摄影机 ➢手机
第当七前页7页，，共共3三1页十，一星期页二。。
数字化时代：
➢音乐：CD、MP3
➢电影：MPEG、RM、DVD
漂移电流
在外电场作用下，自由电子和空穴对电流的贡献是叠加的。
2、扩散运动和扩散电流
扩散运动：物质因浓度差而产生的运动。
光照
载流子浓度差 扩散运动 扩散电流
X
扩散电流是半导体中载流子的一种特殊运动形式，是由于载流子的浓度 差引起的，扩散运动总是从浓度高的区域向浓度低的区域进行。
结论：半导体中的载流子存在两种运动形式，一是电位差即
称为电子型半导体。
是少了？为什么？
结论：
（1）N型半导体＋＋5中5 多子是电子，主要由掺杂产生，多子浓度近似 等于杂质浓度。
（2）N型半导体中少子是空穴，由本征激发产生，少子浓度受 温度影响很大。
第二当前十2页0页，，共共3三1页十，一星期页二。。
2、P型半导体（空穴型Positive）
用扩散工艺将本征半导体中的某些硅原子用3价元素(B)代替。
相关概念：本征半导体、本征激发；
N型半导体、P型半导体；
多子、少子；
扩散电流、漂移电流
第十当前五1页5页，，共共3三1页十，一星期页二。。
一、半导体材料
1、什么叫半导体 ——导电性介于导体和绝缘体之间的物质。
导体：一般为低价元素，其最外层电子极易挣脱原子核的束缚而成为自
由电子，在外电场作用下定向移动形成电流。如铁、铜、铝等金属元素。
模拟电子技术基础 1.1半导体基础知识PPT课件
1975年 超大规模集成电路
模拟电路
数字电路
：产生、处理模拟信号
：产生、处理数字信号
模拟信号：具有连续性。
电子电路的分类
数字信号：具有离散性。
模拟电子线路又分为低频与高频两种频段。
1. 掌握常用电子元器件和组件的外特性、基本应用。
2.掌握模拟基本电子电路及其工作原理、分析方法、基本应用。
3.掌握模拟电子电路的基本概念、基本分析 方法、基本实践技能。
4.了解简单电子系统的结构与应用。
教 学 目 标
本课程较抽象、入门难，实践性强，因此要: （1）树立信心； （2）巩固电路基础； （3）尽快适应新的学习方法（工程分析法）； （4）多看、多思、多练。要求预习、及时复习、认真听课，独立并及时完成作业。
绝缘体——不导电、电阻率很大的物质。一般为高价元素或高分子物质，例如塑料、橡胶、陶瓷等。
1.1 半导体基础知识
半导体——导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。一般为四价元素，常用的有硅（Si）、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等，其中硅应用最广。
单晶硅棒
1.1 半导体基础知识
1.1.1 本征半导体 本征半导体——纯净的单晶半导体（晶格排列完全一致）。 1、本征半导体的晶体结构
反偏使空间电荷区变宽，多子的扩散运动几乎停止，只有少子的漂移运动形成反向电流，其数值很小。PN结呈现高阻截止状态。
在一定的温度下，当外加反向电压超过某个数值后，反向电流将不再随着外加反向电压的增加而增大，故又称为反向饱和电流(Reverse Saturation Current)，用IS表示。
二、PN结的单向导电性 2、PN结反向偏置时
硅原子
锗原子
简化模型
惯性核
模拟电路
数字电路
：产生、处理模拟信号
：产生、处理数字信号
模拟信号：具有连续性。
电子电路的分类
数字信号：具有离散性。
模拟电子线路又分为低频与高频两种频段。
1. 掌握常用电子元器件和组件的外特性、基本应用。
2.掌握模拟基本电子电路及其工作原理、分析方法、基本应用。
3.掌握模拟电子电路的基本概念、基本分析 方法、基本实践技能。
4.了解简单电子系统的结构与应用。
教 学 目 标
本课程较抽象、入门难，实践性强，因此要: （1）树立信心； （2）巩固电路基础； （3）尽快适应新的学习方法（工程分析法）； （4）多看、多思、多练。要求预习、及时复习、认真听课，独立并及时完成作业。
绝缘体——不导电、电阻率很大的物质。一般为高价元素或高分子物质，例如塑料、橡胶、陶瓷等。
1.1 半导体基础知识
半导体——导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。一般为四价元素，常用的有硅（Si）、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等，其中硅应用最广。
单晶硅棒
1.1 半导体基础知识
1.1.1 本征半导体 本征半导体——纯净的单晶半导体（晶格排列完全一致）。 1、本征半导体的晶体结构
反偏使空间电荷区变宽，多子的扩散运动几乎停止，只有少子的漂移运动形成反向电流，其数值很小。PN结呈现高阻截止状态。
在一定的温度下，当外加反向电压超过某个数值后，反向电流将不再随着外加反向电压的增加而增大，故又称为反向饱和电流(Reverse Saturation Current)，用IS表示。
二、PN结的单向导电性 2、PN结反向偏置时
硅原子
锗原子
简化模型
惯性核
模电-第1章-半导体器件PPT优秀课件
21
3.4 PN 结的电容效应
1） 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2）扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
注意
空杂穴质-半--导-体多中子，;多子的浓度决定于掺杂原子的浓度； 电子----少子少.子的浓度决定于温度。
13
3 PN结 3.1 PN结的形成
P区
N区
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，包括电子和空穴的扩散！
14
3.1 PN结的形成
I扩
在交界面，由于两种载流子的浓度差，产生 扩散运动。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
25
• 二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
15
3.1 PN结的形成
耗尽层(电荷层、势垒层)
空间电荷区
I漂
在交界面，由于扩散运动,经过复合,出现空 间电荷区
16
3.1 PN结的形成
PN结
I扩 I漂
当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
17
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;
3.4 PN 结的电容效应
1） 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2）扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
注意
空杂穴质-半--导-体多中子，;多子的浓度决定于掺杂原子的浓度； 电子----少子少.子的浓度决定于温度。
13
3 PN结 3.1 PN结的形成
P区
N区
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，包括电子和空穴的扩散！
14
3.1 PN结的形成
I扩
在交界面，由于两种载流子的浓度差，产生 扩散运动。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
25
• 二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
15
3.1 PN结的形成
耗尽层(电荷层、势垒层)
空间电荷区
I漂
在交界面，由于扩散运动,经过复合,出现空 间电荷区
16
3.1 PN结的形成
PN结
I扩 I漂
当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
17
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;
模拟电子技术基础常用半导体器件.ppt
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动
(1-14)
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
(1-34)
1.2.4 二极管的等效电路
能够用简单、理想的模型来模拟电子 器件的复杂特性或行为的电路称为等效电路， 也称为等效模型。
能够模拟二极管特性的电路称为二极管的 等效电路，也称为二极管的等效模型。
(1-35)
一、由伏安特性折线化得到的等效电路
1. 理想模型
2. 恒压降模型
3. 折线模型
Uon Uon
如何判断二极管的工作状态？
什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
对V和Ui二极管的模 型有什么不同？
iD
V
uD R
V与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
uD=V－iR
UD
应用举例——补充
R
+
2. 限幅电路
D I
例2.4.2 提示
UREF
(1) uI (Uon UREF ) 3.5 V 时
型半导体和N型半导体，经过载流子的扩 散，在它们的交界面处就形成了PN结。
(1-12)
模电第一章半导体基础知识
杂质能3
对电子的影响
施主杂质能级向导带提供 电子，使半导体呈现n型 导电性。
对空穴的影响
受主杂质能级接受价带的 电子成为空穴，使半导体 呈现p型导电性。
影响程度
杂质浓度越高，对电子和 空穴的影响越显著，半导 体的导电性能也越强。
06
半导体中的光电效应
光电效应的原理和分类
光电器件的特性
光电器件的主要特性包括光谱响应、光电灵敏度、响应速度和噪声等，这些特性决定了光电器件的应用范围和效 果。
光电器件的应用和发展趋势
光电器件的应用
光电器件在多个领域都有应用，如光电探测、光电转换、光通信等。
光电器件的发展趋势
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，光电器件的发展趋势包括高灵敏度、高速响应、高稳定 性、多功能化等。
半导体的热学性质
热导率
半导体的热导率取决于其材料 和结构，热导率越高，导热性
能越好。
热容
半导体的热容取决于其材料和 温度，它决定了半导体的耐热 性能。
热膨胀
半导体的热膨胀系数决定了其 在温度变化时的尺寸变化，对 器件的稳定性有影响。
温差电动势率
半导体的温差电动势率是指在 温度梯度下产生的电动势，它
05
半导体中的掺杂和杂质能级
掺杂的概念和分类
掺杂
在半导体材料中人为地加入某种元素，以改变其导电性能的过程。
分类
施主掺杂、受主掺杂、中性杂质掺杂。
杂质能级的形成和特性
形成
杂质原子在半导体晶体中占据了特定 的位置，这些位置上的电子能级与晶 体中的其他电子能级不同，形成了杂 质能级。
特性
杂质能级位于禁带中，其能量位置取 决于掺杂元素的种类和浓度，对半导 体的导电性能有重要影响。
模电第一章课件
பைடு நூலகம்
图1.6 PN结的形成过程
空间电荷区：在交界面附近出现的带电离子集中 的薄层，又称耗尽层、阻挡层。
内电场：空间电荷区的左半部是带负电的杂质离 子，右半部是带正电的杂质离子，空间电荷区中 就形成一个N区指向P区的内建电场。
接触电位差 U ：达到动态平衡后的PN结， 内建电场的方向由N区指向P区的电位差。
1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结与半导体二极管 1.3 特殊二极管
1.4 半导体三极管
1.5 场效应晶体管
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 导体、绝缘体、和半导体 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体
1.1.1 导体、绝缘体和半导体
导体:导电的物质，如铜、铝、铁、银等。 绝缘体:不导电的物质，石英、橡胶等。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之 间。常用的半导体材料有硅(Si)、锗 (Ge)、砷化镓(GaAs)等。
4．最大反向工作电压UFM：二极管安全运行时所能承受的最大反向电压。一 般取击穿电压U(BR)的一半作为UFM 。
5．反向电流：指二极管未击穿时反向电流。IR 值越小，二极管单向导电性越 好。随温度变化而改变。 6. 最高工作频率fM ：fM 由PN结的结电容大小决定。二极管的工作频率超过 fM，单向导电性变差。
1.2.3
PN结的电容效应
PN结的结电容:在外加电压发生变化时，PN结耗尽层内的空间电 荷量和耗尽层外的载流子数目均发生变化的电容效应。 按产生的机理不同结电容可分为：
一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
一、势垒电容CB
指阻挡层中电荷量随外加电压变化而改变所呈 现的电容效应,用CB表示。CB的大小与PN结面积、 阻挡层宽度、半导体材料的介电常数有关， 且随外加反向电压变化而 变化。反向电压越大，CB 越小。 利用PN结的势垒电容 效应，可制造变容二极 管(压控可变电容器)
图1.6 PN结的形成过程
空间电荷区：在交界面附近出现的带电离子集中 的薄层，又称耗尽层、阻挡层。
内电场：空间电荷区的左半部是带负电的杂质离 子，右半部是带正电的杂质离子，空间电荷区中 就形成一个N区指向P区的内建电场。
接触电位差 U ：达到动态平衡后的PN结， 内建电场的方向由N区指向P区的电位差。
1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结与半导体二极管 1.3 特殊二极管
1.4 半导体三极管
1.5 场效应晶体管
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 导体、绝缘体、和半导体 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体
1.1.1 导体、绝缘体和半导体
导体:导电的物质，如铜、铝、铁、银等。 绝缘体:不导电的物质，石英、橡胶等。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之 间。常用的半导体材料有硅(Si)、锗 (Ge)、砷化镓(GaAs)等。
4．最大反向工作电压UFM：二极管安全运行时所能承受的最大反向电压。一 般取击穿电压U(BR)的一半作为UFM 。
5．反向电流：指二极管未击穿时反向电流。IR 值越小，二极管单向导电性越 好。随温度变化而改变。 6. 最高工作频率fM ：fM 由PN结的结电容大小决定。二极管的工作频率超过 fM，单向导电性变差。
1.2.3
PN结的电容效应
PN结的结电容:在外加电压发生变化时，PN结耗尽层内的空间电 荷量和耗尽层外的载流子数目均发生变化的电容效应。 按产生的机理不同结电容可分为：
一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
一、势垒电容CB
指阻挡层中电荷量随外加电压变化而改变所呈 现的电容效应,用CB表示。CB的大小与PN结面积、 阻挡层宽度、半导体材料的介电常数有关， 且随外加反向电压变化而 变化。反向电压越大，CB 越小。 利用PN结的势垒电容 效应，可制造变容二极 管(压控可变电容器)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2012-8-8 模电
稳定的结构
华成英 hchya@
2、本征半导体的结构
共价键
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。 动态平衡 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。
中功率管
大功率管
多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
2012-8-8
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
模电
华成英 hchya@
二、晶体管的放大原理
（发射结正偏） u BE U on 放大的条件 （集电结反偏） u CB 0，即 u CE u BE
平面型：结面积可小、 可大，小的工作频率 高，大的结允许的电 流大。
华成英 hchya@
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
u
i I S (e
UT
1)
(常温下 U T 26 m) V
材料
硅Si 锗Ge
2012-8-8 模电
华成英 hchya@
2. 输出特性
饱和区
iC f ( u CE )
IB
对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。
为什么uCE较小时iC随uCE变 化很大？为什么进入放大状态 曲线几乎是横轴的平行线？
iC
iB
iC iB
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
五、稳压二极管
1. 伏安特性
由一个PN结组 成，反向击穿后 在一定的电流范 围内端电压基本 不变，为稳定电 压。
限流电阻
斜率？ 进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流
2. 主要参数
稳定电压UZ、稳定电流IZ
最大功耗PZM＝ IZM UZ 动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ 若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会 因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电 2012-8-8 模电 流的限流电阻！
模电
集电结反向电流
2012-8-8
华成英 hchya@
三、晶体管的共射输入特性和输出特性
1. 输入特性
i B f ( u BE ) U CE
为什么像PN结的伏安特性？
为什么UCE增大曲线右移？ 为什么UCE增大到一定值曲线 右移就不明显了？
对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线 可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。
模电
2012-8-8
华成英 hchya@
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。 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。 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。 两种载流子
击穿 电压
导通电压
0.5~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
2012-8-8
开启电压
0.5V 0.1V
模电
反向饱和电流
1µA以下 几十µA
华成英 hchya@
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
利用Multisim测试二极管伏安特性
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
2. P型半导体
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，
3
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？
硼（B）
2012-8-8 模电
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
2012-8-8 模电
华成英 hchya@
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子 空穴比未加杂质时的数目多 了？少了？为什么？
5
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。 磷（P）
反向特性为横轴的平行线
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓
2012-8-8
增大1倍/10℃
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移 模电
华成英 hchya@
三、二极管的等效电路
1. 将伏安特性折线化
理想 二极管
导通时△i与△u 成线性关系
华成英 hchya@
PN 结的形成
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动。 漂移运动 因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。
参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态 平衡，就形成了PN结。
小功率 二极管
2012-8-8
大功率 二极管
模电
稳压 二极管
发光 二极管
华成英 hchya@
一、二极管的组成
点接触型：结面积小， 结电容小，故结允许 的电流小，最高工作 频率高。
2012-8-8
面接触型：结面积大， 结电容大，故结允许 的电流大，最高工作 频率低。
模电
2012-8-8 模电
华成英 hchya@
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 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。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 无杂质
第一章 半导体二极管和三极管
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
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
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
§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
晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅 决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 2012-8-8 模电 控制的电流源iC 。
华成英 hchya@
四、温度对晶体管特性的影响
T (℃ ) I CEO u BE 不变时 i B ，即 i B 不变时 u BE
U CE 常量
放大区 截止区 β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下
2012-8-8 模电
?
华成英 hchya@
晶体管的三个工作区域
状态 截止 放大 饱和
uBE ＜Uon ≥ Uon ≥ Uon
iC ICEO βiB ＜βiB
uCE VCC ≥ uBE ≤ uBE
第四版——P20
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
讨论：解决两个问题
• 如何判断二极管的工作状态？ • 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
V uD R
iD
对V和Ui二极管的模 型有什么不同？
V与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
uD=V－iR
UD
华成英 hchya@
§1.3
晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响
五、主要参数
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
一、晶体管的结构和符号
为什么有孔？
小功率管
2012-8-8 模电
华成英 hchya@
PN 结的单向导电性
PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加 剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，PN结处于导通 状态。
2012-8-8
必要吗？ PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动， 有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。
华成英 hchya@
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。
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 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。 2012-8-8 模电
理想开关 导通时 UD＝0 截止时IS＝0
近似分析 中最常用
导通时UD＝Uon 截止时IS＝0
应根据不同情况选择不同的等效电路！
100V？5V？1V？
2012-8-8 模电
？
华成英 hchya@
2. 微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
2012-8-8 模电
华成英 hchya@
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
稳定的结构
华成英 hchya@
2、本征半导体的结构
共价键
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。 动态平衡 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。
中功率管
大功率管
多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
2012-8-8
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
模电
华成英 hchya@
二、晶体管的放大原理
（发射结正偏） u BE U on 放大的条件 （集电结反偏） u CB 0，即 u CE u BE
平面型：结面积可小、 可大，小的工作频率 高，大的结允许的电 流大。
华成英 hchya@
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
u
i I S (e
UT
1)
(常温下 U T 26 m) V
材料
硅Si 锗Ge
2012-8-8 模电
华成英 hchya@
2. 输出特性
饱和区
iC f ( u CE )
IB
对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。
为什么uCE较小时iC随uCE变 化很大？为什么进入放大状态 曲线几乎是横轴的平行线？
iC
iB
iC iB
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
五、稳压二极管
1. 伏安特性
由一个PN结组 成，反向击穿后 在一定的电流范 围内端电压基本 不变，为稳定电 压。
限流电阻
斜率？ 进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流
2. 主要参数
稳定电压UZ、稳定电流IZ
最大功耗PZM＝ IZM UZ 动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ 若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会 因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电 2012-8-8 模电 流的限流电阻！
模电
集电结反向电流
2012-8-8
华成英 hchya@
三、晶体管的共射输入特性和输出特性
1. 输入特性
i B f ( u BE ) U CE
为什么像PN结的伏安特性？
为什么UCE增大曲线右移？ 为什么UCE增大到一定值曲线 右移就不明显了？
对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线 可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。
模电
2012-8-8
华成英 hchya@
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。 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。 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。 两种载流子
击穿 电压
导通电压
0.5~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
2012-8-8
开启电压
0.5V 0.1V
模电
反向饱和电流
1µA以下 几十µA
华成英 hchya@
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
利用Multisim测试二极管伏安特性
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
2. P型半导体
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，
3
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？
硼（B）
2012-8-8 模电
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
2012-8-8 模电
华成英 hchya@
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子 空穴比未加杂质时的数目多 了？少了？为什么？
5
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。 磷（P）
反向特性为横轴的平行线
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓
2012-8-8
增大1倍/10℃
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移 模电
华成英 hchya@
三、二极管的等效电路
1. 将伏安特性折线化
理想 二极管
导通时△i与△u 成线性关系
华成英 hchya@
PN 结的形成
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动。 漂移运动 因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。
参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态 平衡，就形成了PN结。
小功率 二极管
2012-8-8
大功率 二极管
模电
稳压 二极管
发光 二极管
华成英 hchya@
一、二极管的组成
点接触型：结面积小， 结电容小，故结允许 的电流小，最高工作 频率高。
2012-8-8
面接触型：结面积大， 结电容大，故结允许 的电流大，最高工作 频率低。
模电
2012-8-8 模电
华成英 hchya@
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 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。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 无杂质
第一章 半导体二极管和三极管
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
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
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
§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
晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅 决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 2012-8-8 模电 控制的电流源iC 。
华成英 hchya@
四、温度对晶体管特性的影响
T (℃ ) I CEO u BE 不变时 i B ，即 i B 不变时 u BE
U CE 常量
放大区 截止区 β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下
2012-8-8 模电
?
华成英 hchya@
晶体管的三个工作区域
状态 截止 放大 饱和
uBE ＜Uon ≥ Uon ≥ Uon
iC ICEO βiB ＜βiB
uCE VCC ≥ uBE ≤ uBE
第四版——P20
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
讨论：解决两个问题
• 如何判断二极管的工作状态？ • 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
V uD R
iD
对V和Ui二极管的模 型有什么不同？
V与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
uD=V－iR
UD
华成英 hchya@
§1.3
晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响
五、主要参数
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
一、晶体管的结构和符号
为什么有孔？
小功率管
2012-8-8 模电
华成英 hchya@
PN 结的单向导电性
PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加 剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，PN结处于导通 状态。
2012-8-8
必要吗？ PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动， 有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。
华成英 hchya@
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。
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 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。 2012-8-8 模电
理想开关 导通时 UD＝0 截止时IS＝0
近似分析 中最常用
导通时UD＝Uon 截止时IS＝0
应根据不同情况选择不同的等效电路！
100V？5V？1V？
2012-8-8 模电
？
华成英 hchya@
2. 微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
2012-8-8
模电
华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
2012-8-8 模电
华成英 hchya@
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
2012-8-8
模电
华成英 hchya@