模电-第1章-半导体器件PPT优秀课件

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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。
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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！
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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
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• 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
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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
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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。
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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㎝）
第一章 常用半导体器件
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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。
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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。
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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。
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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.
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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。
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
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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：
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
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• 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。
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！
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§ 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：
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将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
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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℃
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。
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。
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㎝） 。
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1、本征半导体
ห้องสมุดไป่ตู้• 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）
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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