模电-第1章-半导体器件PPT优秀课件
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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。
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。
半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓等。
(电阻率10-3~109㎝) 。
4
1、本征半导体
• 定义
纯净的晶体结构的半导体叫做本征半导体。
无杂质
稳定的结构
• 本征半导体的结构及导电机理(以硅Si为例)
5
6
共价键
价电子共有化,形成共价键的晶格结构
7
空穴
2
第一章 常用半导体器件
§1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管 §1.4 场效应晶体管
3
§ 1.1 半导体基础知识
导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属 一般都是导体。(电阻率10-6~10-3㎝)
绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。(电阻率109~1020㎝)
27
✓ 二极管的伏安特性----单向导电性!
正向特性为 指数曲线
u
i IS(eUT 1)
u
若正u 向 U 电 T,压 i则 ISeU T
若反向 u电 UT, 压i则 IS
• 伏安特性受温度影响 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) ↓ 增大1倍/10℃
结电容: Cj Cb Cd
结电容不是常量!若PN结外加电压频率高到一定程 度,则失去单向导电性!
23
§ 1.2 半导体二极管
将PN结用外壳封装起来,并加上电极引线就构成了 半导体二极管。由P区引出的电极为阳极(A) ,由N区 引出的电极为阴极( K )。
阳极 P N 阴极
二极管的符号:
24
将PN结封装,引出两个电极,就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
Fra Baidu bibliotek
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
自由电子
半导体中有两种载流子:自由电子和空穴
8
+
-
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在外电场作用下,电子的定向移动形成电流
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在外电场作用下,空穴的定向移动形成电流
10
1.本征半导体中载流子为自由电子和空穴(金属呢?)。 2.电子和空穴成对出现,浓度相等。 3.由于热激发可产生电子和空穴,因此半导体的导 电性和温度有关,对温度很敏感。
11
2 杂质半导体
2.1 N型半导体
在纯净的硅晶体 中掺入五价元素 (如磷),使之取 代晶格中硅原子的 位置,就形成了N 型半导体。
电子----多子; 空穴----少子.
12
2 杂质半导体
2.2 P型半导体
在纯净的硅晶体 中掺入三价元素 (如硼),使之取 代晶格中硅原子的 位置,就形成了P 型半导体。
第一章 常用半导体器件
1
教学目标
• 了解半导体的基本特性,半导体二极管、双极型 三极管、场效应管的分类、结构、基本电特性和 主要技术参数等。
• 理解本征半导体、杂质半导体、PN结、单向导电 性、伏安特性、电容效应、电流放大、击穿、稳 压、夹断、开启等基本概念。
• 掌握PN结的工作原理、半导体二极管的伏安特性、 双极型三极管的工作原理、电流分配关系、电流 放大原理、输入特性曲线、输出特性曲线、场效 应三极管的工作原理、转移特性曲线和输出特性 曲线。
反向饱 开启 和电流 电压
反向饱和电流 1µA以下 几十µA
26
• VT——温度的电压当量, VT=kT/q=T/11600=0.026V,其中k为波耳兹 曼常数(1.38×10–23J/K),T为热力学温度, 即绝对温度(300K),q为电子电荷 (1.6×10–19C)。在常温下,VT≈26mV。
ui=0时直流电源作用
根据电流rd方 程 uiD D, U ID T
小信号作用 Q越高,rd越小。
静态电流
30
二极管直流电阻 • 二极管的直流电阻是其工作在伏安特性上某一点
时的端电压与其电流之比。
图(a)电路(b)二极管伏安特性和工作点Q(c)二极管的直流电阻:
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.当扩散电流等于漂移电流时,达到动态 平衡,形成PN结。
18
3.2 PN结的单向导电性
1) PN结外加正向电压时处于导通状态 加正向电压是指P端加正电压,N端加负电压, 也称正向接法或正向偏置。
1.
19
1.
内电场
外电场
外电场抵消内电场的作用,使耗尽层变 窄,形成较大的扩散电流。
20
2) PN结外加反向电压时处于截止状态
外电场和内电场的共同作用,使耗尽层变 宽,形成很小的漂移电流。
T(℃)↑→正向特性左移,反向特性下移
28
• 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
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!
29
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。
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。
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。
半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓等。
(电阻率10-3~109㎝) 。
4
1、本征半导体
• 定义
纯净的晶体结构的半导体叫做本征半导体。
无杂质
稳定的结构
• 本征半导体的结构及导电机理(以硅Si为例)
5
6
共价键
价电子共有化,形成共价键的晶格结构
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空穴
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第一章 常用半导体器件
§1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管 §1.4 场效应晶体管
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§ 1.1 半导体基础知识
导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属 一般都是导体。(电阻率10-6~10-3㎝)
绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。(电阻率109~1020㎝)
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✓ 二极管的伏安特性----单向导电性!
正向特性为 指数曲线
u
i IS(eUT 1)
u
若正u 向 U 电 T,压 i则 ISeU T
若反向 u电 UT, 压i则 IS
• 伏安特性受温度影响 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) ↓ 增大1倍/10℃
结电容: Cj Cb Cd
结电容不是常量!若PN结外加电压频率高到一定程 度,则失去单向导电性!
23
§ 1.2 半导体二极管
将PN结用外壳封装起来,并加上电极引线就构成了 半导体二极管。由P区引出的电极为阳极(A) ,由N区 引出的电极为阴极( K )。
阳极 P N 阴极
二极管的符号:
24
将PN结封装,引出两个电极,就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
Fra Baidu bibliotek
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
自由电子
半导体中有两种载流子:自由电子和空穴
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在外电场作用下,电子的定向移动形成电流
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在外电场作用下,空穴的定向移动形成电流
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1.本征半导体中载流子为自由电子和空穴(金属呢?)。 2.电子和空穴成对出现,浓度相等。 3.由于热激发可产生电子和空穴,因此半导体的导 电性和温度有关,对温度很敏感。
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2 杂质半导体
2.1 N型半导体
在纯净的硅晶体 中掺入五价元素 (如磷),使之取 代晶格中硅原子的 位置,就形成了N 型半导体。
电子----多子; 空穴----少子.
12
2 杂质半导体
2.2 P型半导体
在纯净的硅晶体 中掺入三价元素 (如硼),使之取 代晶格中硅原子的 位置,就形成了P 型半导体。
第一章 常用半导体器件
1
教学目标
• 了解半导体的基本特性,半导体二极管、双极型 三极管、场效应管的分类、结构、基本电特性和 主要技术参数等。
• 理解本征半导体、杂质半导体、PN结、单向导电 性、伏安特性、电容效应、电流放大、击穿、稳 压、夹断、开启等基本概念。
• 掌握PN结的工作原理、半导体二极管的伏安特性、 双极型三极管的工作原理、电流分配关系、电流 放大原理、输入特性曲线、输出特性曲线、场效 应三极管的工作原理、转移特性曲线和输出特性 曲线。
反向饱 开启 和电流 电压
反向饱和电流 1µA以下 几十µA
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• VT——温度的电压当量, VT=kT/q=T/11600=0.026V,其中k为波耳兹 曼常数(1.38×10–23J/K),T为热力学温度, 即绝对温度(300K),q为电子电荷 (1.6×10–19C)。在常温下,VT≈26mV。
ui=0时直流电源作用
根据电流rd方 程 uiD D, U ID T
小信号作用 Q越高,rd越小。
静态电流
30
二极管直流电阻 • 二极管的直流电阻是其工作在伏安特性上某一点
时的端电压与其电流之比。
图(a)电路(b)二极管伏安特性和工作点Q(c)二极管的直流电阻:
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。
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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.当扩散电流等于漂移电流时,达到动态 平衡,形成PN结。
18
3.2 PN结的单向导电性
1) PN结外加正向电压时处于导通状态 加正向电压是指P端加正电压,N端加负电压, 也称正向接法或正向偏置。
1.
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1.
内电场
外电场
外电场抵消内电场的作用,使耗尽层变 窄,形成较大的扩散电流。
20
2) PN结外加反向电压时处于截止状态
外电场和内电场的共同作用,使耗尽层变 宽,形成很小的漂移电流。
T(℃)↑→正向特性左移,反向特性下移
28
• 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
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!
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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。