常用半导体器件

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 2 结构 原子结构 e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无载流子束缚价电子 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 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 本征激发T一定复合动态平衡 ni pi K1T3 2e 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 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 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Ij 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 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 结论 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 令 uT kT q称温度电压当量 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 u UT 指数特性 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 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 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 4 动态电阻rz 5 温度系数 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 晶体管的符号 构成 三个区 三个极 两个结 1 3 双极型晶体管 二 晶体管的电流放大作用 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IE2 扩散到基区的自由电子与孔穴的复合运动形成基极电流IB3 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 ICBOIC ICN ICBOIB IBN IEP ICBO IB ICBO 又 IE IC IB 1 3 双极型晶体管 3 晶体管的共射电流放大系数 1 定义 共射直流电流放大系数 2 定义 共射交流电流放大系数 容易证明 1 3 双极型晶体管 3 定义 共基直流电流放大系数 4 定义 共基交流电流放大系数 容易证明 或 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 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 1 3 双极型晶体管 1 输出特性曲线 1 截止区 2 放大区 3 饱和区 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 2 共基直流电流放大系数 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 2 交流参数 1 共射交流电流放大系数 2 共基交流电流放大系数 3 特征频率fF 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 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 一 类型及符号 N沟道1 结型P沟道 N沟道增强型P沟道2 绝缘珊型N沟道耗尽型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 1 可变电阻区 预夹断前 UDS UGS UGS off 特点 a iD UDS线性b UDS RDS RDS UDS ID 2 恒流区 预夹断后 UDS UGS UGS off 特点 a b UDS 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 3 电流方程 UGS off 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 交流参数 2 夹断电压UGS 0ff 3 饱和漏极电流IDSS 4 直流输入电阻RGS DC 1 低频跨导gm 2 极间电容C