常用半导体器件

共射交流电流放大系数
容易证明：
β≈β
§1-3．双极型晶体管
3）定义： α = I CN IE
共基直流电流放大系数
I C = αI E + I CBO
β= α
β 或 α=
1−α
1+β
4）定义： α = ∆iC ∆i E
共基交流电流放大系数
容易证明：
α≈α
§1-3．双极型晶体管
三、晶体管的共射特性曲线 1.输入特性曲线
u
u>>UT,指数特性 i ≈ Ise UT
u<0，反向特性: u<<-UT，i≈-Is
u < UBR ，击穿特性: 齐纳击穿、雪崩击穿
§1-1．半导体基础知识
4. PN结的电容效应 1）. 势垒电容（Cb)
§1-1．半导体基础知识
2）. 扩散电容 (Cd)
Cj=Cb+Cd
§1-2．半导体二极管
2）恒流区：预夹断后（UDS>UGS-UGS(off))
特点：
a)
U GS
↑
→
I
↓ D
b) U DS↑→ID 几乎不变（略增）
3）夹断区：夹断后（UGS<UGS(off))
特点： iD=0
§1-4．场效应管
2.转移特性曲线
i D = f (u GS ) UDS=常数
3.电流方程
iD
=
IDSS (1−
§1-1．半导体基础知识
2）载流子
电场作用
自由电子
定向运动
形成电子电流
电场作用
空穴
填补空穴的价电子作定向运动
形成空穴电流
两种载流子：带负电荷的自由电子 电场 电子电流 极性相反 电流方向同
带正电荷的空穴
空穴电流 运动方向相反
§1-1．半导体基础知识
4.本征半导体中载流子的浓度 复合：运动中的电子重新被共价键束缚起来，电子空穴对消失。
§1-2．半导体二极管
四、二极管的等效电路
1. 由伏安特性折线化得到的等效电路
§1-2．半导体二极管
2. 二极管的 微变等效 电路
§1-2．半导体二极管
五、 稳压二极管
稳压管是一种 特殊的面接触型半 导体硅二极管。
1.稳压管的伏安特性
§1-2．半导体二极管
2.稳压管的主要参数 1).稳定电压 Uz 2).稳定电流 Iz 3）.额定功耗 PZM
=IB，-ICBO
又：IE=IC+IB
§1-3．双极型晶体管
Hale Waihona Puke Baidu
3、晶体管的共射电流放大系数
1）定义： β = I CN I ′B
共射直流电流放大系数
I C = βI B + (1+ β)I CBO = βI B + ICEO
I C ≈ βI B
I E ≈ (1+ β)I B
2）定义： β = ∆iC ∆i B
一、二极管的构成及类型 1.构成
PN结+管壳+引线
§1-2．半导体二极管
2.类型
§1-2．半导体二极管
二、二极管的伏安特性
1.二极管和PN结伏安特性的区别 开启电压 Uon
2.温度对二极管伏安特性的影响
§1-2．半导体二极管
三、二极管的主要参数
1.最大整流电流IF 2.最高反向工作电压UR 3.反向电流IR 4.最高工作频率fM
本征激发 T一定 复合 动态平衡
ni=pi=K1T e 3/2 -EGO/(2kT)
本征半导体特点：1）导电能力弱 2 ）热不稳定性
热敏元件、光敏元件
§1-1．半导体基础知识
二、杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质元素，成为杂质半导体。 1.N型半导体
在本征半导体中掺入 少量五价元素原子，称为 电子半导体或N型半导体。
一、类型及符号
1.结型
N 沟道 P 沟道
2.绝缘珊型
增强型 耗尽型
N 沟道 P 沟道 N 沟道 P 沟道
§1-4．场效应管
二、 特性曲线与电流方程 (NJFET)
1.漏极特性曲线
i D = f (u DS ) U DS=常数
1）可变电阻区：预夹断前（UDS<UGS-UGS(off))
特点： a) iD～UDS 线性 b) U DS→RDS （RDS=UDS/ID)
多数载流子：电子 少数载流子：空穴
n>>p
§1-1．半导体基础知识
2.P型半导体 在本征半导体中掺入
少量三价元素原子，称为 空穴半导体或P型半导体。
多数载流子：空穴 少数载流子：电子
p>>n
§1-1．半导体基础知识
三、PN结 将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片
上，在它们的交界面就形成 PN结。
4）.动态电阻rz 5）.温度系数α
§1-3．双极型晶体管
一、晶体管的结构及类型
双极型晶体管（BJT）又称晶体三极管、半导体三极管，简称晶体管。
§1-3．双极型晶体管
一、晶体管的结构及类型
晶体管的结构示意图 构成：三个区、三个极、两个结
晶体管的符号
§1-3．双极型晶体管
二、晶体管的电流放大作用
3）.饱和区
u BE > u on且u CE < u BE ⇒ u CE ↑→ iC ↑ ，iC < βIB
§1-3．双极型晶体管
四、晶体管的主要参数 1.直流参数
1）共射直流电流放大系数 β
β = IC − ICEO ≈ IC
IB
IB
2）共基直流电流放大系数 α
α ≈ IC IE
3）极间反向电流 集－基极反向截止电流ICBO 集－射极反向截止电流ICEO
BJT B E C
电流控电流源
两种载流子导电
NF↑
FET G S D
电压控电流源
多子导电
NF↓
2.结构
原子结构
www.esb019.come 世博
§1-1．半导体基础知识
晶体结构
原子 规则 排列 形成 共价键
§1-1．半导体基础知识
3.本征激发和两种载流子 1）本征激发
共价键
T=0K
束缚价电子
无载流子
部分价电子
自由电子
光、热作用
摆脱共价键{
获得足够能量
空位—称空穴
本征激发：指半导体在加热或光照作用下，产生电子—空穴对的现象。
§1-3．双极型晶体管
五、温度对晶体管特性及参数的影响
1.温度对ICBO的影响： 温度每升高100C, ICBO增加约一倍。
2.温度对输入特性的影响
3.温度对输出特性的影响
§1-4．场效应管
场效应管(FET) 是利用输入回路的 电场效应来控制输 出回路电流的一种 半导体器件。
它仅靠半导体 中的多数载流子导 电，又称单极型晶 体管。
结论：ＰＮ结具有单向导电 性， 即正偏导通，反偏截止。
§1-1．半导体基础知识
3. PN结的电流方程
qu
i = Is(e kT −1)
令: uT=kT/q 称温度电压当量
u
i = Is(e UT −1)
T=300K时， uT=26mV
§1-1．半导体基础知识
4. PN结的伏安特性
u>0，正向特性:
i B = f (u BE ) uCE =常数
§1-3．双极型晶体管
三、晶体管的共射特性曲线 1.输出特性曲线
iC = f (u CE ) IB =常数
§1-3．双极型晶体管
1.输出特性曲线
1）.截止区
u BE ≤ u on且u CE > u BE ⇒ IB = 0
2）.放大区
u BE > u on且u CE > u BE ⇒ iC = βIB , ∆iC = β∆IB
2.交流参数
1）低频跨导gm
gm
=
∆i D ∆u GS
U DS=常数
2）极间电容
Cgs、Cgd、Cds
§1-4．场效应管
3.极限参数 1）最大漏极电流 IDM 2）击穿电压 漏－源击穿电压U（BR）DS 珊－源击穿电压 U（BR）GS
3）最大耗散功率 PDM
§1-4．场效应管
四、FET与BJT的比较
1. PN结的形成 漂移运动： 载流子在电场作用下的定向运动。
扩散运动： 由于浓度差引起的非平衡载流子的运动。
§1-1．半导体基础知识
多子扩散 形成空间电荷区 建立内电场 少子漂移
方向相反 动态平衡 I j= 0
§1-1．半导体基础知识
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
2.交流参数
1）共射交流电流放大系数β
β = ∆iC ∆i B U CE=常数
2）共基交流电流放大系数 α
α = ∆iC ∆i E U CB=常数
3）特征频率fF
β =1⇔ fT
§1-3．双极型晶体管
3.极限参数
1）最大集电极耗散功率 PCM
2）最大集电极电流 ICM
3）极间反向击穿电压 集－基极反向击穿电压 UCBO 集－射极反向击穿电压 UCEO 射－基极反向击穿电压 UEBO
常用半导体器件
主要内容：
§1-1．半导体基础知识
§1-2．半导体二极管 §1-3．双极型晶体管 §1-4．场效应管
§1-1．半导体基础知识
一、本征半导体 纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
1.半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。 大多数半导体器件所用的主要材料是硅（Si）和锗（Ge）。
§1-3．双极型晶体管
1.晶体管内部载流子的运动
1).发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流IE 2）扩散到基区的自由电子与孔穴的复合运动形成基极电流IB 3）集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC
2、晶体管的电流分配关系
IE=IEN+IEP=ICN+IBN+ICBO IC=ICN+ICBO IB=IBN+IEP-ICBO
外电场与内电场 的方向相反，空间电 荷区变窄，内电场被 削弱，多子扩散得到 加强，少子漂移将被 削弱，扩散电流大大 超过漂移电流，最后 形成较大的正向电流。
§1-1．半导体基础知识
2 ）PN 结外加 反 向电 压 时 处于截止状态
外电场与内电场方向一致，空间电 荷区变宽内电场增强，不利于多子 的扩散，有利于少子的漂移。在电 路中形成了基于少子漂移的反向电 流。由于少子数量很少，因此反向 电流很小。
u GS U GS(off )
)2
( UGS（off)<uGS<0 ) ( UDS>UGS-UGS(off) )
§1-4．场效应管
4.NEMOSFET 特性曲线与电流方程
§1-4．场效应管
三、场效应管的主要参数
1.直流参数 1）开启电压UGS（th) 2）夹断电压UGS（0ff) 3）饱和漏极电流IDSS 4）直流输入电阻RGS（DC）