最新模电课件-第1章-半导体器件课件PPT

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
共价键
价电子共有化，形成共价键的晶格结构
空穴
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
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。
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。
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。
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。
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。
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：
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
• 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。
红表笔是(表内电源)正极， 黑表笔是(表内电源)负极。
2k 20k 200k
200
2M
20M
在
挡进行测量，当 PN 结完
✓ 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℃
红表笔是(表内电源)负极， 黑表笔是(表内电源)正极。
0
1k
在 R 100或 R 1 k 挡测量
正反向电阻各测量一次， 测量时手不要接触引脚。
一般硅管正向电阻为几千欧，锗 管正向电阻为几百欧；反向电阻为 几百千欧。
正反向电阻相差不大为劣质管。
正反向电阻都是无穷大或零则 二极管内部断路或短路。
(2) 用数字式万用表检测
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！
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。
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
3.1 PN结的形成
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。
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！
清华大学 华成英 hchya@
§ 1.2 半导体二极管
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
• 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！
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。
模电课件-第1章-半导体器 件
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。
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
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：
2. 用万用表检测二极管 (1) 用指针式万用表检测
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
反向饱 开启 和电流 电压
反向饱和电流 1µA以下 几十µA
• 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≈26m
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。
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。
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。
电子----多子; 空穴----少子.
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。
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。
3 PN结 3.1 PN结的形成