第一章-常用半导体器件PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。
数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。
处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。
.
2
1. 本课程的性质
是一门技术基础课
2. 特点
非纯理论性课程 实践性很强 以工程实践的观点来处理电路中的一些问题
3. 研究内容
以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原 理、特点及性能指标等。
.
8
当温度升高或受到光
+4
+4 +4
的照射时，束缚电子
能量增高，有的电子
可以挣脱原子核的束
+4
+4 +4
缚，而参与导电，成 为自由电子。
空穴
自由电子
+4 +4 +
4
这一现象称为本征激发，也称热激发。
自由电子产生的 同时，在其原来的共 价键中就出现了一个 空位，称为空穴。
.
9
+4
+4
空穴
+4
电子空穴对
少子—电子
少子—空穴
少子浓度——与温度有关 多子浓度——与温度无关
.
15
三. PN结及其单向导电性
1 . PN结的形成
PN结合 因多子浓度差 多子的扩散 空间电荷区
形成内电场 阻止多子扩散，促使少子漂移。 内电场E
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － －－
++ ++
－ － －－ + + + +
少子漂移电流
耗尽层
多子扩散电流
.
16
少子飘移
补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E
多子扩散
又失去多子，耗尽层宽，E
内电场E
P型半导体 耗尽层 N型半导体
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
少子漂移电流
多子扩散电流
动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂移电流 总电流＝0
势垒 UO
硅 0.5V 锗. 0.1V
17
2. PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子扩散形成正向电流I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － 正－向电流 + + + +
可见本征激发同时产生
电子空穴对。
+4
+4 外加能量越高（温度越
高），产生的电子空穴
对越多。
+4
+4
与本征激发相反的现象— —复合
自由电子
在一定温度下，本征激 发和复合同时进行，达 到动态平衡。电子空穴
+4
+4 对的浓度一定。
常温300K时： 电子空穴对的浓度 硅：1.41010cm3
.
锗：2.51013c1m 0 3
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例 如磷，砷等，称为N型半导体。
.
12
N型半导体
硅原子 + 4
多余电子
+4
磷原子
+4
+4
+4
电子空穴对 自由电子
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
+4 +4
++ + +
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
.
施主离子
13
2.P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
－ － －－ ++ + +
内电场 E
EW .
R
18
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电荷区
N
－ － －－
++ ++
在一定的温度下－，由－本征－激 － + + + +
发产生的少子浓度是－ 一定－的，－ －
7.考核方式
期末闭卷笔试；平时成绩占30％，期末考核占70％。
.
4
书中有关符号的约定
• 大写字母、大写下标表示直流量。UCE、IC • 大写字母、小写下标表示交流有效值。Uce、Ib • 小写字母、大写下标表示总量(含交、直流)。uCE、iB • 小写字母、小写下标表示纯交流量。uce、ib
• 上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。 U ce Ib
7
一. 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常 称为“九个9”。
本征半导体的共价键结构
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
束缚电子
在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不 会成为自由电子，因此本 征半导体的导电能力很弱 ，接近绝缘体。
导电机制
－ +4
E
＋
+4
+4 自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
自由电子 带负电荷 电子流
载流子
空穴 带正电荷 空穴流 ＋总电流
本征半导体的导电性取决于外加能量：
温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
.
11
二. 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的 半导体称为杂质半导体。
1.N型半导体
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
+4 +4
来自百度文库
－ － －－ 受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子
.
14
杂质半导体的示意图
多子—空穴 P型半导体
－ － －－
+
－ － －－
+
－ － －－
+
多子—电子 N型半导体 + ++ +++ + ++
4. 教学目标
能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单 元电路进行设计。
.
3
5. 学习方法
重点掌握基本概念、基本电路、基本方法。
6. 参考书
(1) 康华光主编，《电子技术基础》 模拟部分 第四版，高教出版社 (2) D.A.Neamen，《Electronic Circuit Analysis and Design》 Second Edition， McGraw－Hill
.
5
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体的基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 晶体三极管 1.4 场效应管
.
6
1.1 半导体的基本知识
在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体。
典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。
si
硅原子
GG ee
+ 44
锗原子
.
硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子。
++ ++
模拟电子技术基础
第四版 清华大学 华成英 童诗白 主编
.
1
前言
自然界中的两大类信息，模拟信息和数字信息都 可以通过物理或化学的转换方式变成电信号。那么如何 处理，应用这两类信息，用什么器件和电路来完成这些 任务？怎样能够系统地分析和设计这两类电路？这就是 电类专业学生所必须要掌握的知识。《模拟电子技术基 础》和《数字电子技术基础》课程也正是你建筑电子信 息系统大厦的最佳基石。
数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。
处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。
.
2
1. 本课程的性质
是一门技术基础课
2. 特点
非纯理论性课程 实践性很强 以工程实践的观点来处理电路中的一些问题
3. 研究内容
以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原 理、特点及性能指标等。
.
8
当温度升高或受到光
+4
+4 +4
的照射时，束缚电子
能量增高，有的电子
可以挣脱原子核的束
+4
+4 +4
缚，而参与导电，成 为自由电子。
空穴
自由电子
+4 +4 +
4
这一现象称为本征激发，也称热激发。
自由电子产生的 同时，在其原来的共 价键中就出现了一个 空位，称为空穴。
.
9
+4
+4
空穴
+4
电子空穴对
少子—电子
少子—空穴
少子浓度——与温度有关 多子浓度——与温度无关
.
15
三. PN结及其单向导电性
1 . PN结的形成
PN结合 因多子浓度差 多子的扩散 空间电荷区
形成内电场 阻止多子扩散，促使少子漂移。 内电场E
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － －－
++ ++
－ － －－ + + + +
少子漂移电流
耗尽层
多子扩散电流
.
16
少子飘移
补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E
多子扩散
又失去多子，耗尽层宽，E
内电场E
P型半导体 耗尽层 N型半导体
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
－ － －－ + + + +
少子漂移电流
多子扩散电流
动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂移电流 总电流＝0
势垒 UO
硅 0.5V 锗. 0.1V
17
2. PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子扩散形成正向电流I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － 正－向电流 + + + +
可见本征激发同时产生
电子空穴对。
+4
+4 外加能量越高（温度越
高），产生的电子空穴
对越多。
+4
+4
与本征激发相反的现象— —复合
自由电子
在一定温度下，本征激 发和复合同时进行，达 到动态平衡。电子空穴
+4
+4 对的浓度一定。
常温300K时： 电子空穴对的浓度 硅：1.41010cm3
.
锗：2.51013c1m 0 3
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例 如磷，砷等，称为N型半导体。
.
12
N型半导体
硅原子 + 4
多余电子
+4
磷原子
+4
+4
+4
电子空穴对 自由电子
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
+4 +4
++ + +
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
.
施主离子
13
2.P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
－ － －－ ++ + +
内电场 E
EW .
R
18
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电荷区
N
－ － －－
++ ++
在一定的温度下－，由－本征－激 － + + + +
发产生的少子浓度是－ 一定－的，－ －
7.考核方式
期末闭卷笔试；平时成绩占30％，期末考核占70％。
.
4
书中有关符号的约定
• 大写字母、大写下标表示直流量。UCE、IC • 大写字母、小写下标表示交流有效值。Uce、Ib • 小写字母、大写下标表示总量(含交、直流)。uCE、iB • 小写字母、小写下标表示纯交流量。uce、ib
• 上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。 U ce Ib
7
一. 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常 称为“九个9”。
本征半导体的共价键结构
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
束缚电子
在绝对温度T=0K时， 所有的价电子都被共价键 紧紧束缚在共价键中，不 会成为自由电子，因此本 征半导体的导电能力很弱 ，接近绝缘体。
导电机制
－ +4
E
＋
+4
+4 自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
自由电子 带负电荷 电子流
载流子
空穴 带正电荷 空穴流 ＋总电流
本征半导体的导电性取决于外加能量：
温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
.
11
二. 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的 半导体称为杂质半导体。
1.N型半导体
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
+4 +4
来自百度文库
－ － －－ 受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子
.
14
杂质半导体的示意图
多子—空穴 P型半导体
－ － －－
+
－ － －－
+
－ － －－
+
多子—电子 N型半导体 + ++ +++ + ++
4. 教学目标
能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单 元电路进行设计。
.
3
5. 学习方法
重点掌握基本概念、基本电路、基本方法。
6. 参考书
(1) 康华光主编，《电子技术基础》 模拟部分 第四版，高教出版社 (2) D.A.Neamen，《Electronic Circuit Analysis and Design》 Second Edition， McGraw－Hill
.
5
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体的基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 晶体三极管 1.4 场效应管
.
6
1.1 半导体的基本知识
在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导 体、绝缘体和半导体。
典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。
si
硅原子
GG ee
+ 44
锗原子
.
硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子。
++ ++
模拟电子技术基础
第四版 清华大学 华成英 童诗白 主编
.
1
前言
自然界中的两大类信息，模拟信息和数字信息都 可以通过物理或化学的转换方式变成电信号。那么如何 处理，应用这两类信息，用什么器件和电路来完成这些 任务？怎样能够系统地分析和设计这两类电路？这就是 电类专业学生所必须要掌握的知识。《模拟电子技术基 础》和《数字电子技术基础》课程也正是你建筑电子信 息系统大厦的最佳基石。