电子技术第01讲半导体器件

RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA）
RL=4 k , iL=10/4=2.5（mA）, iZ =10-2.5=7.5（mA）
稳压二极管考察是否稳压的标准：
Imax~Imin 稳压值
§1.4 半导体三极管
1.4.1 基本结构
NPN型 C 集电极
1 0
UGS=+1V UGS=0VUGS
UGS=-1V UGS=-2V U DS （V）
本课重点
（1）二极管的特性曲线，静态电阻， 动态电阻。
（2）稳压二极管的特性曲线及稳压计算。 （3）晶体管的特性曲线，三个工作区域，
电流放大倍数。 （4）N沟道 MOS绝缘栅场效应管的特性
曲线，跨导。
再见
1.1.2杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度 大大增加。载流子：电子，空穴 N型半导体（主要载流子为电子[-]，电子半导 体）
P型半导体（主要载流子为空穴[+]，空穴半导 体）
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
IC= IB =500.019=0.95 mA< ICS =2 mA ， Q位于放大区
IC最大饱和电流ICS = (USC -UCE)/ RC =(12-0)/6=2mA
例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键 中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱 离共价键成为自由电子，因此本征半导体中 的自由电子很少，所以本征半导体的导电能 力很弱。
IB B RB
USB
IC
C
RC
E UCE
USC
USB =5V， IB= (USB -UBE)/ RB =(5-0.7)/70=0.061 mA
IC= IB =500.061=3.05 mA> ICS =2 mA ， Q位于饱 和区(实际上，此时IC和IB 已不是的关系）
三极管的技术数据：（自学） （1）电流放大倍数 （2）集-射间穿透电流ICEO （3）集-射间反向击穿电压UCEO (BR) （4）集电极最大电流ICM （5）集电极最大允许功耗PCM
例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位
于哪个区？ USB =-2V， IB=0 ， IC=0， Q位于截止区
IB B RB UBE
USB
IC
C
RC
E UCE
USC
USB =2V， IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mA
空间电荷区
扩散运动
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
+ +++++ + + 内移+ 电运+场 动越越+ 强强+，，就而使漂漂移 + + 使+ 空+间电+ 荷+区变薄。
+ +++++
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
扩散运动
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
+ + + +所以+扩+散和漂 移这一对相反
+ + + +的运+动+最终达 + + + +到 于平两+衡个+，区相之当间 + + + +没有+电+荷运动，
空间电荷区的 厚度固定不变。
10.2.1 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P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。
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 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
60
UCE1V
40
20
死区电压， 硅管0.5V
0.4 0.8 UBE(V)
（2）输出特性(IC与UCE的关系曲线)
IC(mA ) 4
= IC / IB =(3-2)mA/(60-40) A=50
3
60A
Q’ = IC / IB =3 mA/ 60A=50
2
40A
Q
1
= IC / IB =2 mA/ 40A=50
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑）， 晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子 的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体 原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几 乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样 磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原 子给出一个电子，称为施主原子。
硅原子 空穴
P型半导体 Si Si
硼原子
B
Si
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且 可以移动
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P型半导体
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
§1.2 PN结及半导体二极管
3 6 9 12 UCE(V)
此输区出域中特U性CEUBE,集 电UC结E正0.3偏V，称为IB饱>I和C，I区C(。mA )
4
3
当UCE大于一定的数 值时，IC只与IB有关， IC=IBI。B ,此且1区00域IA称C =为线 性放大区。80A
60A
2
40A
此区域中 :
IB=0 , IC=ICEO1,
集电极 C PNP型
N
B
P
基极
N
E 发射极
P
B
N
基极 P
E 发射极
三极管符号
C
C
C
C
N
B
B
P
N
P
B
N
B
P
E
E
E
E
NPN型三极管
PNP型三极管
集电区： 面积较大
B 基极
C 集电极
N P N
E 发射极
基区：较薄， 掺杂浓度低
发射区：掺 杂浓度较高
B 基极
C 集电极
N
+_ +_+_ +_ +_+_+_ +_ +_ _+ _+_+_+
rD = UQ/ IQ
UQ
u 在工作点Q附近，动态电
阻近似为线性，故动态电
阻又称为微变等效电阻
例1：二极管：死区电压=0 .5V，正向压降 0.7V(硅二极管)
理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0
ui
t
ui
RL
uO uo
t 二极管半波整流
例2：二极管的应用 ui
uR
t
ui
R
uR RL
uo
t
uo
稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V， Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电 压ui=12V，限流电阻R=200 。若负载电阻变化范围 为1.5 k ~4 k ，是否还能稳压？
i
iL
R ui DZ
iz UZ RL uO
i
iL
UZW=10V ui=12V
R ui DZ
§1.5 场效应晶体管
场效应管与晶体管不同，它是多子 导电，输入阻抗高，温度稳定性好。
场效应管有两种: 结型场效应管JFET 绝缘栅型场效应管MOS
N沟道 P沟道
耗尽型
增强型 耗尽型
增强型
MOS绝缘栅场效应管（N沟道） （1） 结构
金属铝 S G D
SiO2绝缘层
N
N
P
两个N区
未预留 N沟道增强型
硅原子 磷原子
N型半导体
Si
Si
多余电子
P
Si
N型硅表示 +
P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或 铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼 原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形 成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚 电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离 子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。