1常用半导体器件教材课程

根据所+ 加电压Vi选择模+ 型：当Vi较大时+，
用理想模型 D ；当Vi接近
折线模型。
VD
VD时D ，用恒压模型v或D
VD
结论
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二极管的等效电路
本节中的有关概念
• 非线性元件的特点及其一般分析方法 • 二极管伏安特性的四种建模方法 • 简化模型方法：应用、条件、特点 • 图解方法和小信号分析方法的应用
(1) VDD=10V 理想模型： VD 0V
V DD iVD 0.7 V
D
iD (V D D V D )/R 0 .9 3m A
折线模型
V th rD
0. 20
5 0
V
V DD
iD
iD
+
iD
(VDD Vth RrD
)
0.931 mA
VD
D
VD
分别形成N型半导体和P型半导体。在结合面上：
因浓度差 多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区 动画
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空 间电荷区称为PN结。
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。
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稳压二极管
1. 符号及稳压特性
利用二极管反向击穿 特性实现稳压。
稳压二极管稳压时工 作在反向电击穿状态。
(a)符号
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(b) 伏安特性
Exit
稳压二极管
2. 稳压二极管主要参数
(1) 稳定电压VZ
在规定的稳压管反向工 作电流IZ下，所对应的反向 工作电压。
少一个价电子而在共价
键中留下一个空穴。
动
画
在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺
杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。 三价杂质 因而也称为受主杂质。
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杂质半导体
3. 杂质对半导体导电性的影响
掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大 的影响，一些典型的数据如下:
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PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电 位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反 向电压，简称反偏。
(1) PN结正偏时 导电情况
低电阻
伏安特性
iDD/mm AA 1. 0
大的正向扩散电流
(2) PN结反偏时 导电情况
高电阻
伏安特性
很小的反向漂移电流
10 死区
20
D/V
30 40
iD / A
反向击穿特性
iD/m A
正向特性
20
反向特性
15
①
10
60
V BR
5 40 20 0
②
10
20
0.2 0.4 0.6
V th
D/V
30
③
40
iD / A
硅二极管2CP10的V-I 特性
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锗二极管2AP15的V-I 特性
Exit
二极管的主要参数
(1) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM
(3) 反向电流IR
(4) 最高工作频率fM (5) *极间电容CB
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二极管的等效电路
非线性元件的认识 1. 线性元件回顾 电 阻 电 容 电 感
•• 电电容感阻：：元元件件存内两储部端的的电磁电 荷通压是是元元件件两通通端过过的的电电压流流 的的线线性性函函数数
IC= InC+ ICBO
I nC IE
且令： ICEO= (1+ ) ICBO （穿透电流）
则 ICICEO
IB
当IC
IC
时
EO
， IC
IB
是另一个电流放
大系数，同样，它也只 与管子的结构尺寸和掺 杂浓度有关，与外加电
压无关。一般 >> 1
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三极管的工作原理
1.内部载流子传输过程
（以NPN为例）
发射区：发射载流子（IE）
基 区：载流子复合（IB） 与扩散
集电区：收集扩散载流子（ InC）并存在反向漂 移电流（ICBO）
载流子的传输过程
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三极管的工作原理
2. 电流分配关系
根据传输过程可知：
IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO IB= IB’ - ICBO
BJT与 FET 比较
基础知识
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导 体、绝缘体和半导体。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
半导体的共价键结构（Si、Ge）
平面结构 空间排列
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本征半导体
本征激发:价电子获得足够能量而挣脱共价键的束缚,成为
自由电子,这种激发称本征激发.
中
用 于 高 频 整 流 和 开 关 电 路
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半导体二极管图片
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二极管的伏安特性
二极管的伏安特性曲线可用下式表示
R
iD
+
iDIS(eUD/UT 1)
vD
-
iD/m A
20
15
V BR
40
1 0 V th
5
30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8
施主原子提 供的多余的 电子
在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原 子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。
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杂质半导体
2. P型半导体
因三价杂质原子在与
硅原子形成共价键，缺
自由电子 空穴
复合
*半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响
温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑
•杂质半导体
N型半导体、施主杂质(5价) P型半导体、受主杂质(3价)
*半导体导电特点2：掺杂可以显著提高导电能力
• 多数载流子、少数载流子
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PN结的形成
在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,
电子空穴对—由热激发而产生的自由电子和空穴对 动画
空穴的移动—空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依
次充填空穴来实现的。
动画
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杂质半导体
1. N型半导体
因五价杂质原子中只 有四个价电子能与周围四 个半导体原子中的价电子 形成共价键，而多余的一 个价电子因无共价键束缚 而很容易形成自由电子。
设
:
传输到集电极的电流 发射极注入电流
即: InC
IE
通常 ： IC >> ICBO
则有: IC
IE
为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂 浓度有关，与外加电压无关。一般 = 0.90.99
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三极管的工作原理
2. 电流分配关系
又设 : 1
根据 IE=IB+ IC
半 导 体 器 件
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半导体材料 半导体二极管 双极型三级管 场效应管
基础知识
本征半导体
杂质半导体 PN 结
形成 单向导电性
常见结构及伏安特性
主要参数 等效电路
非线性元件 等效电路
稳压二极管
应用举例
结构及类型
工作原理 特性曲线
总结与思考
主要参数
结型 绝缘栅型 放大电路
直流偏置电路 静态工作点 小信号模型法
1. 理想模型
2. 恒压降模型
3. 折线模型
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二极管的等效电路
（4）小信号模型
二极管工作在正向特性的某一小
范围内时，其正向特性可以等效成一
个微变电阻，即：
rd
vD iD
根据 iDIS(evD/VT1)
得Q点处的微变电导
gd
di D dv D
Q
IS evD /VT VT
Q
1 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3
3 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3
以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
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本节中的有关概念
• 本征半导体、本征激发
二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三
大类。
(1) 点接触型
结构示意图1 特点1
(2) 面接触型
结构示意图2 特点2
(3) 平面型
结构示意图3 特点3
(4) 代表符号
代表符号
往用
PN PN
阳极 阴极 引线 引线
往于 用低
用阳P极于NaP检结型(波支d面N)P持和代积衬表底变小符频号，等结k 高阴电极频容电于集成电路制造艺结面积大小路结面积可大可小频大电流整流电路
三极管的结构及类型
以上看出，三极管内有两种载流子( 自由电子和空穴)参与导电，故称为双极 型三极管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。