半导体器件基础 - 1

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半导体器件基础课件(PPT-73页)精选全文完整版

半导体器件基础课件(PPT-73页)精选全文完整版

有限,因此由它们形成的电流很小。
电子 技 术
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴、N 区中的电子(
都是多子)向对方运动(扩散 运动)。
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡, 相当于两个区之间没有电荷运动,空间电荷区的厚 度固定不变。
电子 技 术
二、PN 结的单向导电性
电子 技 术
1. 1 半导体二极管的结构和类型
构成:实质上就是一个PN结
PN 结 + 引线 + 管壳 =
二极管(Diode)
+
PN
-
符号:P
N
阳极
阴极
分类:
按材料分 按结构分
硅二极管 锗二极管 点接触型 面接触型 平面型
电子 技 术
正极 引线
N 型锗片 负极 引线
外壳
触丝
点接触型
正极 负极 引线 引线
电子 技 术
半导体中存在两种载流子:自由电子和空穴。 自由电子在共价键以外的运动。 空穴在共价键以内的运动。
结论:
1. 本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少。 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。 3. 本征半导体导电能力弱,并与温度有关。
电子 技 术
2、杂质半导体
+4
一、N 型半导体
电子 技 术
三、课程特点和学习方法
本课程是研究模拟电路(Analog Circuit)及其 应用的课程。模拟电路是产生和处理模拟信号的电路。 数字电路(Digital Circuit)的知识学习由数字电子技 术课程完成。
本课程有着下列与其他课程不同的特点和分析方 法。
电子 技 术

第一章 半导体器件基础

第一章 半导体器件基础

五、二极管的基本功能
3.二极管的限幅作用
把输入电压的变化范围加以限制叫做限幅,常用于波形变 换和整形。二极管正向导通后,它的正向管压降基本保持不变 (硅管为0.7V,锗管为0.2V)。利用这一特性,在电路中作为 限幅元件,可以把信号幅度限制在一定范围内。
ui / V
5
R
+
VD
0
+
-5
t
ui
3V
uo
四、二极管的主要参数
1.最大平均整流电流IF
二极管长期工作时,允许通过的最大正向平均电流
2.最高反向工作电压UR
二极管正常工作时允许加的最大反向电压。为了确保二 极管安全工作,一般取反向击穿电压UBR的一半作为UR
3.反向电流IR
二极管加上最高反向工作电压时的反向电流。反向电流 越小,管子的单向导电性越好。另外,IR与温度密切相关, 使用时应注意。
_ _ _
_ _ _
_ _ _ _ _ _
PN结P端接高电位,N端
+ + +
+ + + + + +
+ + +
接低电位,称PN结外加正向 电压,又称PN结正向偏置, 简称为正偏,如图所示
结论:
PN结外加正向电压(正偏)时处于导通状态,外加反向电 压(反偏)时处于截止状态
四、PN结
4.PN结的用途 • 整流半导体器件 • 可变电容 • 稳压器件
空穴的移动: 当出现空穴时,由于电场的作 用,与它相邻的价电子很容易离开 它所在的共价键而填补到这个空位 上,在电子原来的位置上留下空穴, 而其它电子又可以转移到这个新的 空位上,那么在晶体中就出现了电 荷移动。 自由电子的定向运动形成了电子电流,空穴的定向运动也 可形成空穴电流,它们的方向相反。

第一章--半导体器件讲解

第一章--半导体器件讲解


RB 入
UEE
电 路
输 出
IE 电

共射极放大电路
2、三极管内部载流子的传输过程
a)发射区向基区注入电子,
形成发射极电流 iE
b)电子在基区中的扩散与复 IB
合,形成基极电流 iB c)集电区收集扩散过来的电
RB
子,形成集电极电流 iC
UBB
IC N RC
P UCC N
IE
另外,集电结的反偏也形成集电区中的少子空穴 和基区中的少子电子的漂移运动,产生反向饱和电流 ICBO。
1.3 半导体三极管
一、三极管的结构及类型
半导体三极管是由两个背靠背的PN结 构成的。在工作过程中,两种载流子(电 子和空穴)都参与导电,故又称为双极型 晶体管,简称晶体管或三极管。
两个PN结,把半导体分成三个区域。 这三个区域的排列,可以是N-P-N,也可以 是P-N-P。因此,三极管有两种类型:NPN 型和PNP型。
第一章 半导体器件
1.1 半导体基础知识 1.2 PN结(半导体二极管) 1.3 半导体三极管
1.1 半导体基础知识
半导体器件是用半导体材料制成的电 子器件。常用的半导体器件有二极管、三 极管、场效应晶体管等。半导体器件是构 成各种电子电路最基本的元件。
一、半导体的导电特征
导体:金、银、铜铁、铝等容易传导电流的物质 绝缘体: 橡胶、木头、石英、陶瓷等几乎不传导电流的物质 半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的物质, 如硅、锗、硒、砷化钾等。
稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管,稳 压管的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用 在于:电流增量很大,只引起很小的电压变化。
i/mA
8
4

半导体器件基础

半导体器件基础

半导体器件基础·目录第一部分半导体基础第1章半导体概要1.1 半导体材料的特性1.1.1 材料的原子构成1.1.2 纯度1.1.3 结构1.2 晶体结构1.2.1 单胞的概念1.2.2 三维立方单胞1.2.3 半导体晶格1.2.4 密勒指数1.3 晶体的生长1.3.1 超纯硅的获取1.3.2 单晶硅的形成1.4 小结习题第2章载流子模型2.1 量子化概念2.2 半导体模型2.2.1 价键模型2.2.2 能带模型2.2.3 载流子2.2.4 带隙和材料分类2.3 载流子的特性2.3.1 电荷2.3.2 有效质量2.3.3 本征材料内的载流子数2.3.4 载流子数的控制—掺杂2.3.5 与载流子有关的术语2.4 状态和载流子分布2.4.1 态密度2.4.2 费米分布函数2.4.3 平衡载流子分布2.5 平衡载流子浓度2.5.1 n型和p型的公式2.5.2 n型和p型表达式的变换2.5.3 ni和载流子浓度乘积np2.5.4 电中性关系2.5.5 载流子浓度的计算2.5.6 费米能级EF的确定2.5.7 载流子浓度与温度的关系2.6 小结习题第3章载流子输运3.1 漂移3.1.1 漂移的定义与图像3.1.2 漂移电流3.1.3 迁移率3.1.4 电阻率3.1.5 能带弯曲3.2 扩散3.2.1 扩散的定义与图像3.2.2 热探针测量法3.2.3 扩散和总电流3.2.4 扩散系数与迁移率的关系3.3 复合-产生3.3.1 复合-产生的定义与图像3.3.2 动量分析3.3.3 R-G统计3.3.4 少子寿命3.4 状态方程3.4.1 连续性方程3.4.2 少子的扩散方程3.4.3 问题的简化和解答3.4.4 解答问题3.5 补充的概念3.5.1 扩散长度3.5.2 准费米能级3.6 小结习题第4章器件制备基础4.1 制备过程4.1.1 氧化4.1.2 扩散4.1.3 离子注入4.1.4 光刻4.1.5 薄膜淀积4.1.6 外延4.2 器件制备实例4.2.1 pn结二极管的制备4.2.2 计算机CPU的工艺流程4.3 小结第一部分补充读物和复习可选择的/补充的阅读资料列表图的出处/引用的参考文献术语复习一览表第一部分—复习题和答案第二部分A pn结二极管第5章 pn结的静电特性5.1 前言5.1.1 结的相关术语/理想杂质分布5.1.2 泊松方程5.1.3 定性解5.1.4 内建电势(Vbi)5.1.5 耗尽近似5.2 定量的静电关系式5.2.1 假设和定义5.2.2 V Ac=c0条件下的突变结5.2.3 V A≠0条件下的突变结5.2.4 结果分析5.2.5 线性缓变结5.3 小结习题第6章 pn结二极管:I-V特性6.1 理想二极管方程6.1.1 定性推导6.1.2 定量求解方案6.1.3 严格推导6.1.4 结果分析6.2 与理想情况的偏差6.2.1 理想理论与实验的比较6.2.2 反向偏置的击穿6.2.3 复合-产生电流6.2.4 V A→Vbi时的大电流现象6.3 一些需要特别考虑的因素6.3.1 电荷控制方法6.3.2 窄基区二极管6.4c 小结习题第7章 pn结二极管:小信号导纳7.1 引言7.2 反向偏置结电容7.2.1 基本信息7.2.2 C-V关系7.2.3 参数提取和杂质分布7.2.4 反向偏置电导7.3 正向偏置扩散导纳7.3.1 基本信息7.3.2 导纳关系式7.4 小结习题第8章 pn结二极管:瞬态响应8.1 瞬态关断特性8.1.1 引言8.1.2 定性分析8.1.3 存贮延迟时间8.1.4 总结8.2 瞬态开启特性8.3 小结习题第9章光电二极管9.1 引言9.2 光电探测器9.2.1 pn结光电二极管9.2.2 p-i-n和雪崩光电二极管9.3 太阳能电池9.3.1 太阳能电池基础9.3.2 效率研究9.3.3 太阳能电池工艺9.4 LED9.4.1 概述9.4.2 商用LED9.4.3 LED封装和光输出第二部分B BJT和其他结型器件第10章 BJT 基础知识10.1 基本概念10.2 制备工艺10.3 静电特性10.4 工作原理简介10.5 特性参数10.6 小结习题第11章 BJT静态特性11.1 理想晶体管模型11.1.1 求解方法11.1.2 通用解(W为任意值)11.1.3 简化关系式(WccLB)11.1.4 埃伯斯-莫尔方程和模型11.2 理论和实验的偏差11.2.1 理想特性与实验的比较11.2.2 基区宽度调制11.2.3 穿通11.2.4 雪崩倍增和击穿11.2.5 几何效应11.2.6 复合-产生电流11.2.7 缓变基区11.2.8 品质因素11.3 现代BJT结构11.3.1 多晶硅发射极BJT11.3.2 异质结双极晶体管(HBT)11.4 小结习题第12章 BJT动态响应模型12.1 小信号等效电路12.1.1 普遍的四端模型12.1.2 混合p模型12.2 瞬态(开关)响应12.2.1 定性研究12.2.2 电荷控制关系式12.2.3 定量分析12.2.4 实际的瞬态过程12.3 小结习题第13章 PNPN器件13.1 可控硅整流器(SCR)13.2 SCR工作原理13.3 实际的开/关研究13.3.1 电路工作13.3.2 附加触发机制13.3.3 短路阴极结构13.3.4 di/dt和duc/dt效应13.3.5 触发时间13.3.6 开关的优点/缺点13.4 其他的PNPN器件第14章 MS接触和肖特基二极管14.1 理想的MS接触14.2 肖特基二极管14.2.1 静电特性14.2.2 I-V特性14.2.3 交流响应14.2.4 瞬态响应14.3 实际的MS接触14.3.1 整流接触14.3.2 欧姆接触14.4 小结习题第二部分补充读物和复习可选择的/补充的阅读资料列表图的出处c/c引用的参考文献术语复习一览表第二部分—复习题和答案第三部分场效应器件第15章场效应导言—J-FET和MESFET 15.1 引言15.2 J-FET15.2.1 简介15.2.2 器件工作的定性理论15.2.3 定量的ID-VD关系15.2.4 交流响应15.3 MESFET15.3.1 基础知识15.3.2 短沟效应15.4 小结习题第16章 MOS结构基础16.1 理想MOS结构的定义16.2 静电特性—定性描述16.2.1 图示化辅助描述16.2.2 外加偏置的影响16.3 静电特性—定量公式16.3.1 半导体静电特性的定量描述16.3.2 栅电压关系16.4 电容-电压特性16.4.1 理论和分析16.4.2 计算和测试16.5 小结习题第17章 MOSFET器件基础17.1 工作机理的定性分析17.2 ID-VD特性的定量分析17.2.1 预备知识17.2.2 平方律理论17.2.3 体电荷理论17.2.4 薄层电荷和精确电荷理论17.3 交流响应17.3.1 小信号等效电路17.3.2 截止频率17.3.3 小信号特性17.4 小结习题第18章非理想MOS18.1 金属-半导体功函数差18.2 氧化层电荷18.2.1 引言18.2.2 可动离子18.2.3 固定电荷18.2.4 界面陷阱18.2.5 诱导的电荷18.2.6 芕G总结18.3 MOSFET的阈值设计18.3.1 VT表达式18.3.2 阈值术语和工艺18.3.3 阈值调整18.3.4 背偏置效应18.3.5 阈值总结习题第19章现代场效应管结构19.1 小尺寸效应19.1.1 引言19.1.2 阈值电压改变19.1.3 寄生双极晶体管效应19.1.4 热载流子效应19.2 精选的器件结构概况19.2.1 MOSFET结构19.2.2 MODFET(HEMT)习题第三部分补充读物和复习图的出处/引用的参考文献术语复习一览表第三部分—复习题和答案附录A 量子力学基础附录B 半导体静电特性—精确解附录C MOS C-V补充附录D MOS I-V补充附录E 符号表附录F MATLAB程序源代码。

第一章半导体器件基础知识

第一章半导体器件基础知识

第一节
第 一 节 半 导 体 的 基 本 知 识
第二节
第三节
第四节
第五节
江 西 应 用 技 术 职 业 学 院
3
第一章 半导体器件基础知识
本章概述
第一节
第二节
三、本征半导体 纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。 共价键:相邻原子共有价电子所形成的束缚。半导体中 有自由电子和空穴两种载流子参与导电。 空穴产生:价电子获得能量挣脱原子核吸引和共价键束 缚后留下的空位,空穴带正电。
+ + VD
第二节
第 二 节 半 导 体 二 极 管
u
i
C
RL
uo
第三节
£ -
£ -
第四节
第五节
江 西 应 用 技 术 职 业 学 院
21
第一章 半导体器件基础知识
六、特殊二极管
本章概述
第一节
1.发光二极管 发光二极管(LED)是一种将电能转换成光能的特殊二极管,它的外 型和符号如图1-12所示。在LED的管头上一般都加装了玻璃透镜。
R
+ VD +
ui Us O t
第一节
第二节
第 二 节 半 导 体 二 极 管
第三节
+
第四节
ui
Us
uo
uo Us O t
第五节

图1-8 单向限幅电路 江 西 应 用 技 术 职 业 学 院
18


第一章 半导体器件基础知识
本章概述
(2)双向限幅电路 通常将具有上、下门限的限幅电路称为双向限幅电路,电路 及其输入波形如图1-9所示。图中电源电压U1、U2用来控制它的上、 下门限值。

半导体器件的基础知识

半导体器件的基础知识

向电压—V(BR)CBO。 当集电极开路时,发射极与基极之间所能承受的最高反
向电压—V(BR)EBO。
精选课件
28
1.2 半导体三极管
③ 集电极最大允许耗散功率 PCM 在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时, 集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。
三极管应工作在三极 管最大损耗曲线图中的安 全工作区。三极管最大损 耗曲线如图所示。
热击穿:若反向电流增大并超过允许值,会使 PN 结烧 坏,称为热击穿。
结电容:PN 结存在着电容,该电容为 PN 结的结电容。
精选课件
5
1.1 半导体二极管
1.1.3 半导体二极管
1.半导体二极管的结构和符号 利用 PN 结的单向导电性,可以用来制造一种半导体器 件 —— 半导体二极管。 电路符号如图所示。
将两个 NPN 管接入判断 三极管 C 脚和 E 脚的测试电 路,如图所示,万用表显示阻
值小的管子的 值大。
4.判断三极管 ICEO 的大小 以 NPN 型为例,用万用 表测试 C、E 间的阻值,阻值 越大,表示 ICEO 越小。
精选课件
33
1.2 半导体三极管
1.2.6 片状三极管
1.片状三极管的封装 小功率三极管:额定功率在 100 mW ~ 200 mW 的小功率 三极管,一般采用 SOT-23形式封装。如图所示。
精选课件
21
1.2 半导体三极管
由图可见: (1)当 V CE ≥ 1 V 时,特性曲线基本重合。 (2)当 VBE 很小时,IB 等于零,三极管处于截止状态。
精选课件
22
1.2 半导体三极管
(3)当 VBE 大于门槛电压(硅管约 0.5 V,锗管约 0.2 V) 时,IB 逐渐增大,三极管开始导通。

半导体器件基础 第1章(第二版)PPT课件

半导体器件基础 第1章(第二版)PPT课件

电 子的浓度是一定的,反向电流在一定
的电压范围内不随外界电压的变化而
子 变化,这时的电流称为反向饱和电流,第
技 以IR(sat) 表示。

术 章



少数载流子的浓度很小,由
子 此而引起的反向饱和电流也很小, 技 但温度的影响很大。表1.2.1是硅 第
管的反向电流随温度的变化情况 一
术 章


三、PN结的伏安特性

术 温度每升高8℃,硅的载流子浓度增加一倍。


+4
+4
+4
+4
+4
+4 自


+4
+4
+4
+4
+4
+4 电

空穴
+4
+4
+4
+4
+4
+4
1.1.3 杂质半导体的导电特性

掺杂后的半导体称为杂质半导体,
子 杂质半导体按掺杂的种类不同,可分为N 第
技 型(电子型)半导体和P型(空穴型)半

术 导体两种。
1.2.1 PN结的形成

当P型半导体和N型半
子 导体相互“接触”后,在
它们的交界面附近便出现

技 了电子和空穴的扩散运动。

术 N区界面附近的多子电子将 基 向P区扩散,并与P区的空
同样,P区界面形章 成一个带负电的薄电
础穴复合,N区界面附近剩下 荷层。于是在两种半 了不能移动的施主正离子, 导体交界面附近便形
成了一个空间电荷区,

第1章-半导体器件基础

第1章-半导体器件基础

3. 反向电流 IR
指二极管加反向峰值工作电压时的反向电 流。反向电流大,说明管子的单向导电性 差,因此反向电流越小越好。反向电流受 温度的影响,温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小,锗管的反向电流要比 硅管大几十到几百倍。
以上均是二极管的直流参数,二极管的应用是 主要利用它的单向导电性,主要应用于整流、限幅、 保护等等。下面介绍两个交流参数。
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
N 型半导体中 的载流子是什 么?
1、由施主原子提供的电子,浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以,自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子(多子),空穴称为少数载流子(少子)。
二、P 型半导体
ui
ui
RL
uo
t
uo t
二极管的应用举例2: ui
ui
R
uR RL
uR
t
uo t
uo
t
1.2.5 稳压二极管
-
曲线越陡, I
电压越稳
定。
+
UZ
稳压
动态电阻: 误差
r U Z
Z
I Z
rz越小,稳 压性能越好。
UZ
IZ
U IZ IZmax
稳压二极管的参数:
(1)稳定电压 UZ
(2)电压温度系数U(%/℃)
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进 少入部P分区与R的基B 电区子的
空穴复合,形成
电流IBEE,B 多数
扩散到集电结。
C
N

第01章 半导体器件基础

第01章 半导体器件基础
符号中发射极上的箭头方向, 符号中发射极上的箭头方向,表示发射结正偏时电流的流 向。 三极管制作时,通常它们的基区做得很薄( 三极管制作时,通常它们的基区做得很薄(几微米到几十 基区做得很薄 微米) 掺杂浓度低;发射区的杂质浓度则比较高; 微米),且掺杂浓度低;发射区的杂质浓度则比较高;集电区 的面积则比发射区做得大, 的面积则比发射区做得大,这是三极管实现电流放大的内部条 件。
7
c
(b)合金型(PNP) )合金型( )
1.3.1 三极管的结构及符号
三极管可以是由半导体硅材料制成,称为硅三极管 硅三极管; 三极管可以是由半导体硅材料制成,称为硅三极管;也可 以由锗材料制成,称为锗三极管。 以由锗材料制成,称为锗三极管。 锗三极管 三极管从应用的角度讲,种类很多。根据工作频率分为高 三极管从应用的角度讲,种类很多。根据工作频率分为高 频管、低频管和开关管;根据工作功率分为大功率管 大功率管、 频管、低频管和开关管;根据工作功率分为大功率管、中功率 小功率管。 管和小功率管。 一般高频管功率就比较小 , 因为频率高就要结电容小 , 一般 高频管功率就比较小, 因为频率高就要结电容小, 高频管功率就比较小 PN结面积就要小,面积小电流就不能太大,功率也就低。 结面积就要小, 结面积就要小 面积小电流就不能太大,功率也就低。 大功率管的工作频率也不高,因为大功率就要大电流, 大功率管的工作频率也不高,因为大功率就要大电流,大 电流就要PN结面积够大 结面积够大, 结电容也大 工作频率自然低。 结电容也大, 电流就要 结面积够大,PN结电容也大,工作频率自然低。
18
2. 晶体管的电流放大原理
(2)交流电流放大系数 )
在共射极放大电路中,当有输入电压 作用时, 在共射极放大电路中,当有输入电压∆ui作用时,则晶体 管的基极电流将在I 的基础上叠加动态电流∆i 管的基极电流将在 B的基础上叠加动态电流 B,集电极电 流也将在I 的基础上叠加动态电流∆i 通常将集电极电流 流也将在 C的基础上叠加动态电流 C。通常将集电极电流 变化量∆i 与基电极电流变化量∆i 之比定义为“ 变化量 C与基电极电流变化量 B之比定义为“共射极交流 电流放大系数” 表示。 电流放大系数”,用β 表示。即:

1半导体器件基础-BJT

1半导体器件基础-BJT
模拟电路基础课程组
80
2.4 BJT的工作状态
• BJT特性的折线化
练习:测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所示。在圆圈中
画出管子,分别说明它们是Si管还是Ge管。
解题思路与分析: (1)BJT硅管和锗管主要区别 硅管发射结导通电压约为0.7V 锗管发射结导通电压约为0.2V (2)放大电路中的BJT,管脚电位居中的为基极 电位与之相差为0.7V(硅管)或0.2V(锗管)的管脚为发射极 另一极可确定为集电极 (3)处于放大状态时,NPN与PNP管各极电压区别 NPN:UC > UB > UE (集电极电位最高) PNP:UE > UB > UC (集电极电位最低)
模拟电路基础课程组
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2.5 BJT的主要参数
• 课堂练习
某晶体管的极限参数PCM = 200 mW,ICM = 100 mA,U(BR)CEO = 30 V, 若它的工作电压UCE为10 V,则工作电流不得超过 20 mA;若工作电 流IC = 1 mA,则工作电压不得超过 30 V。
模拟电路基础课程组
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2.1 双极型晶体管简介
为什么有孔?
小功率管
中功率管
大功率管
• BJT的结构与符号
在同一片半导体晶体基片上,按类似夹心饼干的样式做出P型半导体和N型半 导体,并且在结构和工艺上满足一定的要求,就可以制作出双极型晶体管。 BJT分为NPN型和PNP型。
BJT有三个极、三个区、两个PN结
模拟电路基础课程组
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讨论
模拟电路基础课程组
86
讨论
模拟电路基础课程组
86
讨论
模拟电路基础课程组
86
University of Electronic Science and Technology of China

1半导体器件基础-BJT(FET)开关设计案例

1半导体器件基础-BJT(FET)开关设计案例

设计光控报警器
模拟电路基础课程组
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模拟电路基础课程组
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光控继电器
模拟电路基础课程组
67
如何实现电子开关的延时?
模拟电路基础课程组
67
模拟电路基础课程组
67
模拟电路基础课程组
67
模拟电路基础课程组
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University of Electronic Science and Technology of China
模拟电路基础课程组
67
模拟电路基础课程组
67
模拟电路基础课程组
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如何选择晶体管(技术手册获取信息)
模拟电路基础课程组
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*注:VCEO、VCBO、VEBO中的“O”代表参数是在未提到的另一极开路(open)的情况下获得的
模拟电路基础课程组Leabharlann 67模拟电路基础课程组
67
模拟电路基础课程组
67
模拟电路基础课程组
67
讨论 如何用BJT(FET)实现电子开关?
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【例】三极管开关的设计之一:请使用 NPN型三极管为发光二极管设计一个三 极管开关电路,已知发光二极管的正向 电压VF=1V、工作电流IV=10mA,三极管 开关电路的VCC=5V。控制三极管开关闭 合的电压VIN=5V。
常用半导体器件
何 松 柏
电子工程学院
University of Electronic Science and Technology of China
第一章 常用半导体器件
1.半导体二极管
2.双极型晶体管(BJT) 3.场效应晶体管(FET)

半导体器件基础知识

半导体器件基础知识

♦ PN结的电流方程 — 伏安特性方程
u
i = IS (eUT −1) ,
UT
=
kT q
26 mV
IS :反向饱和电流 UT :温度电压当量
反向截止
正向特性
反向击穿
齐纳击穿 雪崩击穿
四、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
由一个PN结组成, 反向击穿后在一定 的电流范围内端电 压基本不变,为稳 定电压。
斜率?
2、主要参数
进入稳压区的最小电流
稳定电压UZ、稳定电流IZ
不至于损坏的最大电流
最大功耗PZM= IZM UZ
动态电阻rz=ΔUZ /ΔIZ
若稳压管的电流太小则不稳压,若稳压管的电流太大则 会因功耗过大而损坏,因而稳压管电路中必需有限制稳压 管电流的限流电阻!
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
一、二极管的组成
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
一、二极管的组成
点接触型:结面积 小,结电容小,故 结允许的电流小, 最高工作频率高。
例:已知UZ、 [IZmin , IZmax]、RL ,求限流电阻R的取 值范围。
➢ Uo =UZ ➢ IDz [IZmin , IZmax]
IR
=
I DZ
+ Uz RL
R = UI −UZ IR
例 现有两只稳压管,它们的稳定电压分别为6V和8V,正向

半导体器件基础

半导体器件基础

半导体器件基础半导体器件是由半导体材料制成的电子元件,用于控制和放大电流和电压。

常见的半导体器件有二极管、晶体管、场效应管、双极型晶体管、光电二极管等。

半导体器件的基础知识包括以下几个方面:1. 半导体材料:半导体器件主要使用硅(Si)和砷化镓(GaAs)等半导体材料。

半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导特性,可以通过控制材料的掺杂来调节其导电性。

2. PN结:PN结是半导体器件中最基本的结构,由P型和N型半导体材料直接接触而成。

在PN结中,P型半导体中的空穴与N型半导体中的电子发生复合,形成一个电子云区,这称为耗尽区。

耗尽区的存在使得PN结具有正向导通和反向截止的特性。

3. 二极管:二极管是一种最简单的半导体器件,由PN结构成。

在正向偏置(即P端连接正电压)时,二极管导通,允许电流通过;在反向偏置(即N端连接正电压)时,二极管截止,电流无法通过。

二极管广泛用于整流和保护电路中。

4. 晶体管:晶体管是一种三层构造的半导体器件,通常分为NPN和PNP两种类型。

晶体管可以作为开关或放大器使用,可以控制一个输入电流或电压来控制另一个输出电流或电压。

晶体管的放大性能使得它在电子设备中有广泛的应用。

5. 场效应管:场效应管是一种基于电场效应的半导体器件,包括MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应管)和JFET (结型场效应管)两种。

场效应管具有高输入电阻、低输入电流、低噪声等特点,常用于放大和开关电路中。

6. 光电器件:光电器件包括光电二极管和光电三极管,它们能够将光信号转换为电信号。

光电器件广泛应用于光通信、光电传感、光能转换等领域。

以上是半导体器件基础的概述,深入了解半导体器件还需要学习更多的电子物理和电路理论知识。

第1章半导体器件基础

第1章半导体器件基础

E = 200 lx
符号 2. 主要参数
E = 400 lx
特性
工作条件: 反向偏置
u
电学参数: 暗电流,光电流,最高工作范围
光学参数:
光谱范围,灵敏度,峰值波长
实物照片
模电拟 电子子 技技术 术
1.2.6 二极管应用举例
例1:已知ui是幅值为10V的正弦信号,试画出ui和uo 的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。
模电拟 电子子 技技术 术
例二:在图示稳压管稳压电路中,已知稳压管的稳定电压 UZ=6V,最小稳定电流Izmin=5mA,最大稳定电流Izmax=25mA; 负载电阻RL=600Ω。求解限流电阻R的取值范围。
分析:
由KCL I R I DZ I L
I DZ
UI
UZ R
UZ RL
而 5mA IDZ 25mA
(击穿电压 < 4 V,负温度系数)
雪崩击穿:反向电场使电子加速,动能增大,当反向电压增加到较
大数值时,耗尽层的电场使少子加快漂移速度,从而与 共价键中的价电子相碰撞,把价电了撞出共价键,产生 电子-空穴对。新产生的电子与空穴被电场加速后又撞 出其它价电子,载流子雪崩式地倍增,致使电流急剧增 加,这种击穿称为雪崩击穿。 (击穿电压 > 7V,正温度系数)
模电拟 电子子 技技术 术
二、PN 结的单向导电性 1. 外加正向电压(正向偏置)— forward bias
IF P 区
外电场
N区 内电场
扩散运动加强形成正向电流 IF
外电场使多子向 PN 结移动, 中和部分离子使空间电荷区变窄。
限流电阻
模电拟 电子子 技技术 术
2. 外加反向电压(反向偏置) — reverse bias

半导体器件基础1

半导体器件基础1

身的性质有关以外, 还与温度有关, 而且随着温度的升高,
基本上按指数规律增加。因此, 半导体载流子浓度对温度 十分敏感。对于硅材料, 大约温度每升高8℃, 本征载流 子浓度ni增加 1 倍;对于锗材料, 大约温度每升高12℃,
ni增加 1 倍。 除此之外, 半导体载流子浓度还与光照有
关, 人们正是利用此特性, 制成光敏器件。
ni=pi, 下标i表示为本征半导体。
第1章 半导体器件基础
价电子在热运动中获得能量产生了电子-空穴对。同 时自由电子在运动过程中失去能量, 与空穴相遇, 使电子、
空穴对消失, 这种现象称为复合。在一定温度下, 载流子
的产生过程和复合过程是相对平衡的, 载流子的浓度是一 定的。本征半导体中载流子的浓度, 除了与半导体材料本
场方向相同, 增强了自建场, 使阻挡层变宽, 如图1-7(b)所 示。 此时漂移作用大于扩散作用, 少数载流子在电场作用下 作漂移运动, 由于其电流方向与正向电压时相反, 故称为反 向电流。 由于反向电流是由少数载流子所形成的, 故反向电 流很小, 而且当外加反向电压超过零点几伏时, 少数载流子 基本全被电场拉过去形成漂移电流, 此时反向电压再增加, 载流子数也不会增加, 因此反向电流也不会增加, 故称为反 向饱和电流, 即 ID=-IS。
第1章 半导体器件基础
外电场
外电场
P
N
P
N
ID
自建场
自建场
+ - U R
- + U R
(a) 外加正向电压
(b) 外加反向电压
图 1 - 7 PN结单向导电特性
第1章 半导体器件基础
2. PN结外加反向电压 若将电源的正极接N区, 负极接P区, 则称此为反向接法

第一章半导体器件基础课件资料

第一章半导体器件基础课件资料

第一章半导体器件基础第一节半导体基础知识一、本征半导体1、半导体概念半导体:其导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。

本征半导体:完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体。

2、本征半导体的晶体结构在本征半导体中,原子按一定间隔排列成有规律的空间点阵(晶格)。

由于原子间相距很近,价电子不仅受到自身原子核的约束,还要受到相邻原子核的吸引,使得每个价电子为相邻原子共有,从而形成共价键。

3、本征半导体中的两种载流子的产生在热力学温度零度时,共价键的电子受到原子核的吸引,不能自由移动,此时半导体不导电。

随着温度的上升,共价键内电子因热激发而获得能量,其中能量较高的电子挣脱共价键的束缚,成为自由电子。

同时,在原来的共价键中留下一个空位——空穴。

自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力,但很微弱,其中空穴可看成带正电的载流子。

4、本征半导体中载流子的浓度(1)、相关概念:本征激发:本征半导体中成对产生自由电子和空穴的现象。

复合:自由电子填入空穴,并释放出能量的过程。

(2)、载流子浓度的动态平衡:在本征半导体中,由于本征激发不断产生电子、空穴对,使载流子浓度增加。

同时,又由于正负电荷相吸引,自由电子和空穴复合。

在一定温度下,当没有其它能量存在时,电子、空穴对的产生和复合最终达到一种热平衡状态,使本征半导体中载流子的浓度保持一定。

二、杂质半导体1、N型半导体(Negative)在硅(或锗)的晶体中掺入少量的5价杂质元素,如磷、锑、砷等,即构成N 型半导体(或称电子型半导体)。

本征半导体掺入 5价元素后,原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。

杂质原子最外层有 5 个价电子,其中 4 个与硅构成共价键,多余一个电子只受自身原子核吸引,在室温下即可成为自由电子。

自由电子浓度远大于空穴的浓度,所以电子称为多数载流子(简称多子),空穴称为少数载流子(简称少子),5价杂质原子称为施主原子。

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Introduction
导论
Introduction
发明的锗片上集 成电路 和 Robert Noycy 发明 的硅片上集成电路无疑是 将半导体产业引入 “ 量 产阶段 ” 的重大里程碑。
Jack Kilby
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
重大事件是中星微电子在 纳斯达克成功上市。此后 风险投资对中国半导体行 业空前关注和看好。
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
2006
年,私募基金加入半
导体行业。这种基于大者 恒大的定论将变成一种趋
势。对中国半导体行业也 算得上是一个里程碑。
导论
年,支持速度更快和 占用内存更少的精简指令 集芯片 ( RISC ) 技术实现商 业化。 同年 16M DRAM 问世,标志 着半导体产业进入超大规 模集成电路 ( ULSI ) 阶段。
1988
Fundamental of Semiconductor Devices
Introduction
导论
导论
Introduction
年英特尔推出第一片 DRAM; 次年推出 SRAM 和 EPROM 以及第一片微处理 器 4004 。存储器芯片和微 处理器的发明,决定了半 导体工业发展的方向。
1970
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
于是,半导体产业常青树 德州仪器 ( Texas Introments ) 、 摩托罗拉 ( Motorola ) 、飞兆 ( Fairchild ) 和国家半导体 ( National Semiconductor ) 等诞生 硅谷开始成为半导体产业 的中心……
Fundamental of Semiconductor Devices
1963
Fundamental of Semiconductor Devices
Introduction
导论
Introduction
年 Bob Widlar 发明的运 算放大器因是模拟器件的 基本构成部分,具有重大 意义。
1965
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
1983 年 Altera
发明第一个可
重编程芯片 (PLD),允许工 程师无需额外成本就能对 其设计进行重新编程、修 改和升级。
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
1984
年第一块现场可编程
器件FPGA发明,其创始人
杰克· 基尔比 · Jack S Kilby 1923-2005
Fundamental of Semiconductor Devices
பைடு நூலகம்
导论
Introduction
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
集成电路平面 工艺发明人, 英特尔和飞兆 半导体创始人 集财富、名望 和成就于一身 的硅谷传奇人 物,有 “ 硅 罗伯特· 诺伊斯 谷市长 ” 之 Robert Noyce 1927-1990 称。 Fundamental of Semiconductor Devices
导论
年 6 月 20 日,业界 公认的集成电路第一位发 明者,美国德州仪器公司 退休工程师 Jack S Kilby 心脏停止了跳动,享年八 十一岁。
2005
Fundamental of Semiconductor Devices
Introduction
导论
加上 1989 年逝世的 “晶 体管之父” William
导论
Introduction
年华润上华 ( CSMC ) 成立,开创了中国开放式 代工模式。
1997
中国 909 计划和华虹集团 的成立,标志着当代半导 体产业在中国大陆的开始
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
2005 年中国半导体产业的
Fundamental of Semiconductor Devices
Introduction
导论
Introduction
1954 年德州仪器和贝尔实
验室分别推出了晶体管收 音机和全晶体管计算机。 1957 年美国第一颗轨道卫 星“探测者”也首次使用 了晶体管技术。
Fundamental of Semiconductor Devices
1973
Fundamental of Semiconductor Devices
Introduction
导论
Introduction
1980 年 IBM PC XT 问世,产
业标准 (Wintel) 制定,加速 了半导体技术发展进程。 Apple II 个人计算机的问世 人人有计算机的世界得以 实现。
导论
Introduction
正是因为晶体管的发明, 才开创了自 1947 至 1959 年 半导体产业发展史上
“ 发明时代 ” 。
Fundamental of Semiconductor Devices
13
年最为之激动人心的所谓
导论
Introduction
1958 年 8 月将 分离的晶体管和 器件集成到锗片 上,展示了人类 第一片集成电路 的前辈,一贯保 持技术工程师本 色,遵守科学原 理。 2000 年获 得诺贝尔物理学 奖。
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
年代全球普及 PC , 英 特尔和德州仪器等美国制 造商恢复生机,特别是英 特尔,通过专心致志地搞 好 MPU,从 NEC 手中夺得 全球第一排名。
90
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
1947 年 12 月 23 日第一只晶
1947年12月23日第一块晶体管在贝尔实验室诞生,从此人类步入了飞速
体管在贝尔实验室诞生, 从此人类步入了飞速发展 的电子时代。
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
半导体技术的发展也对其 他邻近产业的发展起积极 影响。如平板显示器生产 工艺技术很多来源于半导 体制造技术,新兴的太阳 能面板制造业也一样。
Fundamental of Semiconductor Devices
Introduction
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
年,德州仪器研发出 全球第一枚采用 32 位算 术逻辑单元,每秒能处理 500 万条指令 ( MIPS ) 的数 字信号处理器( DSP ) TMS320 开启了无限可能的数字世 界。
1982
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
顺便一提由于肖克莱不善 经营管理和难以与人相处 他的八位杰出弟子最终分 别弃他而去,成为硅谷历 史上著名的 “ 八叛逆 ”
( Traitorous Eight )。
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
Fundamental of Semiconductor Devices
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
肖克莱的另一伟大成就在 于创办了硅谷肖克莱半导 体实验室,为硅谷吸引了
大量人才,被誉为 “硅 谷的摩西”。
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
人类第一只晶体管在贝尔 实验室被用于助听器后, 晶体管技术不断进步,单 锗晶硅、生长结型晶体管 接触型硅晶体管和固态晶 体管开关相继发明。
Shockley
Introduction
和 1990 年逝世的集成电路 发明人 Robert Noyce ,20 世纪半导体产业史上最伟 大的三位发明家全部离我 们而去。
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
但他们开创的半导体产业 产值已逾每年 2100 亿美元
Introduction
世纪 80 年代,日本制 造商采用基于 DRAM 的 IDM 商业模式在半导体产 业中处于领先地位,几乎 占领了全球半导体市场的 半壁江山。
20
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
他们利用成功内存业务创 造资源在诸如分立器件、 MCU、 ASIC 多等个市场以 全面出击的策略进行业务 扩张。
威廉 ·肖克莱 William Shockley 1910-1989
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
他和他的研究小组成员 巴丁 ( John Bardeen ) 布拉坦 ( Walter Brattain ) 分享了 1956 年诺贝尔物理学奖。
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