第1章 绪论+半导体器件

前言,一、电子技术是指研究含有电子器件(二极管、三极管、电阻、电容、电感等)电路的一门学科，亦称电子线路。电子技术可以分为：模拟和数字(按信号特点)高频和低频(按信号频率),二、怎样才能学习好该课程？1.重视课堂教学和自学；2.注重理论与实践；3.抓住基本概念、基本原理和基本分析方法；4.及时做好复习，自己完成作业，适量做一些课外习题；选适量的参考书，做适当的笔记。,三、本课程考核方式1.统一考试，统一阅卷；2.卷面成绩80%，平时成绩20%；3.平时成绩由出勤和作业组成，各占10%。,参考书目：1康华光.电子技术基础2童诗白,华成英.电子技术基础(第三版),第1章半导体器件,第1章半导体器件第1节半导体基础第2节半导体二极管第3节稳压二极管第4节晶体三极管第5节场效应管,第1章重点,PN结的形成及其单向导电性二极管的伏安特性和应用电路三极管的工作原理与伏安特性场效应管的工作原理、特性曲线,第1节半导体基础,一、半导体,导体：很容易导电的物质。如：金属等绝缘体：几乎不导电的物质。如：橡皮、陶瓷、塑料、石英等半导体：导电特性处于导体与绝缘体之间的物质。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等,当受外界热和光等作用时，它的导电能力明显提高。,往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力显著改变。,现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,1.本征半导体,通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。,完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。,在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。,硅和锗的共价键结构,共价键共用电子对,+4表示除去价电子后的原子,硅和锗的晶体结构,共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。,形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。,共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。,本征半导体的导电机理,空穴吸引临近的电子对中的电子来填补，这样的现象，结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为：空穴也是载流子。载流子：自由电子，空穴。成对出现，成对消失。,空穴,自由电子,束缚电子,热激发,2.杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。,其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型半导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为P型半导体（空穴半导体）。,N型半导体,多余电子,磷原子,P型半导体,空穴,硼原子,杂质半导体的示意表示法,1、本征半导体中为什么成对产生自由电子和空穴?2、N型半导体中的载流子是什么？自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。3、P型半导体中的载流子是什么？自由电子称为少数载流子（少子），空穴称为多数载流子（多子）。4、多数载流子由什么决定？少数载流子由什么决定？,多子扩散运动少子漂移运动,空间电荷区,耗尽层,阻挡层,二、PN结的形成,结合浓差多子扩散界面复合,空间电荷区形成内电场E方向(NP)静电场作用a.阻碍多子扩散,但是扩散愈多E愈强;b.利于少子漂移,但漂移愈多，E愈弱。最终动态平衡,稳定.耗尽,阻挡层,空间电荷区PN结,PN结,+,+,+,+,P型半导体,N型半导体,+,扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。,内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,PN结正向偏置,P,N,+,_,内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流，PN结导通。,三、PN结的单向导电性,PN结反向偏置,N,P,+,_,内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流，PN结截止。,正向偏置PN结导通,反向偏置PN结截止,少子漂移电流(微),(P区高电位、N区低电位),(P区低电位、N区高电位),多子扩散电流（大）,第2节半导体二极管,一、结构和类型PN结加上引线和管壳，就成为半导体二极管。,二、伏安特性,导通压降:硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿电压U(BR),线性工作区,门坎区(死区),反向饱和区,反向击穿区,死区电压硅管0.7V锗管0.3V,三、主要参数,1、最大整流电流IF长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2、最高反向工作电压URM允许施加的最高反向电压，为击穿电压UBR的一半左右。3、反向电流IR指二极管加反向工作电压时的反向电流。反向电流越小越好。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，锗管的反向电流要大几十到几百倍。4、最高工作频率fM,势垒电容和扩散电容的综合效应,四、理想二极管,含义：正偏时，二极管完全导通（死区电压为零，正向管压降为零，正向导通电阻为零），相当于开关闭合导通；反偏时，二极管完全截止（反向电流为零，反向电阻为无穷大），相当于开关断开、开路。,相当于理想的开关。,二极管的应用是主要利用它的单向导电性。包括整流、限幅、保护、检波、开关、信号处理等等。,五、主要应用,例1：二极管的应用,例2：二极管的应用：,假设截止法(反证,定二极管通断)1.断开V,2.绘V+,V-波形,3.比较,V+V-二级管导通(短路处理)V+IC，UCES0.3V称为饱和区。,条件：发射结正偏集电结正偏功能：RCE0近似电子开关接通,饱和区,此区域中:IB=0,IC=ICEOUBEUBE=0.7V,说明发射结正偏，集电结反偏，故三极管处于放大状态。,2).,集电极临界饱和电流：,ICS=,ECUCES,RC,基极临界饱和电流：,IB=,EBUBE,RB,IBSIc/=33A,当RB=100k时，基极电流：,IBS,故三极管处于饱和状态。,例2.测得在放大状态的两个三极管的电位分别为：2.5V、3.2V、9V和0.7V、1V、6V，试判断这两个三极管的类型和管脚。,解：,三极管在放大状态。说明发射结正偏，集电结反偏。,对NPN：UBE0、UBCVBVE,NPN型三极管一般为硅管UBE=0.7V，PNP型三极管一般为锗管UBE=0.3V,B,E,C,B,E,C,对PNP：UBE0。,则为VCVB0时,感应出电子,VT称为阈值电压,UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。,当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。,当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。,UDS增加，UGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。,增强型N沟道MOS管的特性曲线,转移特性曲线,输出特性曲线,三、场效应管的特性曲线,耗尽型N沟道MOS管的特性曲线,耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。,转移特性曲线,输出特性曲线,