秋低频电子线路常用半导体器原理PPT课件

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PN结的其它名称 自建电场 势垒区 阻挡层
PN结很窄(几个到几十个 m)。
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耗尽层的特点
耗尽层的 区域范围大小 与掺杂浓度 有关
对称结(PN) 非对称结(PN+ 或 P+N)
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非对称PN结
耗尽区
P+
N
耗尽区
P
N+
(a)
(b)
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势垒区的作用
扩散运动>漂移运动 称为 “正向导通”
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PN结外加正向电压(图)
耗尽区

内电场

U
UB-U
E
R
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(2) PN结外加反向电压
反向偏置(Negative Biasing)
正确接法:P接电源负,N接电源正
产生效果:外电场与内电场方向相同(增 强内电场),使PN结变宽。
势垒区 使自由电子和空穴的扩散运动受阻 (要爬一个高坡)。
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自建电场
Ur
UT
ln
pp pn
UT
ln nn np
UT
ln
NAND ni2
其中 UT = KT/q , 热当量电压 当 T = 300K时, UT≈26mV
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4.2.2 PN结的单向导电特性
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(2)PN结电容特性
PN结 还可呈现 电容效应 有两种电容效应
势垒电容(Barrier Capacitance) 扩散电容(Diffusion Capacitance)
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势垒电容 CT
是PN结 外加反向偏置时,引起 空间电荷区 体积的变化(相当电容的极板间距变化和电荷 量的变化)引起的电容效应。
《低频电子线路》
(3)
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第四章 常用半导体器件原理
4.1半导体物理基础
物质按导电性能分类 半导体三大特性 本征半导体 共价键结构 两种载流子的概念 载流子的产生 杂质半导体 半导体中的电流
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本节课内容
4.2 PN结
PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的击穿特性 PN结的电容特性 PN结的电阻特性 PN结的温度特性
CT = dQ/du = CTO /(1 -u/UB)n =S/d
其中: CTO 为外加电压 u=0 时的CT;n 为变容系数(决定 于材料的杂质分布,一般取 1/2~1/3); UB为PN结内建电 压。为介电常数,S为PN结面积,d为耗尽层宽度。
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势垒电容CT原理(图)
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4.2 PN结
PN结是通过采用半导体工艺制作,使N型和 P型半导体在其结合处(界面)所形成的一 种特殊结构(薄层),它具有特殊的物理 性质。
PN结是构成半导体器件的核心结构。 PN结是半导体器件的心脏。
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PN结形成(图示)
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4.2.1 PN结的形成
当外加电压时,PN结的结构将发生一些变 化(空间电荷区的宽窄变化)。
外加电压施加于PN结的不同方向,其效果 是根本不同的。
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(1) PN结外加正向电压
正向偏置(Positive Biasing)
正确接法:P接电源正,N接电源负
产生效果:外电场与内电场方向相反(削 弱内电场),使 PN结变窄。
-10
(μA)
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4.2.3 PN结电阻特性和电容特性
PN结还存在 两种特性:
电阻特性(Resistance Characteristic) 电容特性(Capacitance Characteristic)
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(1) PN结电阻特性
两种电阻
静态电阻
(直流电阻 DC Resistance )
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PN结伏安特性
(Voltampere Chwenku.baidu.comracteristic)
由上式
i
=
IS(e
u/U T
-1)
当u为正时 i ≈ IS(e + u /UT )
PN结外加正电压时,流过电流为正电压的e指
数关系。
当u为负时
i=
IS(e
-u/U T
-1)
≈ - IS
PN结外加负电压时流过电流为饱和漏电流。
PN结形成 的 “三步曲”
(1)多数载流子的 扩散运动。 (2)空间电荷区和少数载流子的 漂移运动。 (3)扩散运动与漂移运动的 动态平衡。 ----精品课网站有动态演示
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势垒区的形成(图示)
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空间电荷区(耗尽层)
PN结建立在在N型和P型半导体的结合处,由于扩 散运动,失空穴和电子后形成不能移动的负离子 和正离子状态,这个区域称为 空间电荷区(耗尽 层)。
≈ (△Q n/ △u)
(对PN+结)
≈ (n i / △uT)
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扩散电容 CD
是PN结外加正向偏置时,引起 扩散浓 度梯度变化 出现的电容(电荷)效应。
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扩散电容CD (图)
N耗 尽
区区
P区
0
np
x

np(0)
ΔQn ①
np0
0
x
Ln
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扩散电容CD
CD = △Q / △u
= (△Q n/ △u) + (△Qp/ △u)
扩散运动<漂移运动 称为“反向截止”
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PN结外加反向电压(图)
耗尽区
- E
内电场 +
U UB+U
R
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(3) PN结电流方程
流过PN结的电流i与外加电压 u 之间关系为
i= IS(e qu/KT -1)
=
IS(e
u/U T
-1)
其中 UT= kT/q IS --- 反向饱和电流
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PN结伏安特性
单向导电性(Unidirectional Conductibility)
正向导通(Positive Conduction) 反向截止(Negative Cut-off)
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PN结伏安特性(图示)
i/mA
30
20
10 -0.5 0
-5
0.5
u/V
R = UD/ ID
动态电阻
(交流电阻 AC Resistance )
r = △u / △i
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PN结电阻特性(图)
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PN结电阻特性
可以看出静态电阻和动态电阻均与 静态工 作点(Q点)有关。
静态电阻(直流电阻)是工作点斜率的 割线 (直线斜率的倒数)。
动态电阻(交流电阻)是工作点斜率的 切线 (切线斜率的倒数)。
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