第1讲半导体器件PPT学习教案

1、会计学1第第1讲半导体器件讲半导体器件硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子表示除去价电子后的原子完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本本征半导体征半导体。本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。第1页/共35页5.1.2杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质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，就会使半导体的导电性能发生显著变化。N型半导体型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）（主要载流子为电子，电子半导体）P型半导体

2、型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）（主要载流子为空穴，空穴半导体）第2页/共35页N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子+N型硅表示型硅表示SiPSiSi硅或锗硅或锗 +少量磷少量磷 N型半导型半导体体第3页/共35页空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子P型硅表示型硅表示SiSiSiB硅原子硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动可以移动硅或锗硅或锗 +少量硼少量硼 P型半导型半导体体第4页/共35页杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体第5页/共35页5.2.1 PN 结

3、的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和型半导体和N型半导体，经过载流子的扩型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了散，在它们的交界面处就形成了PN结。结。5.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管第6页/共35页P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动第7页/共35页扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子

4、的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。第8页/共35页漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。第9页/共35页5.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意的意思都是：思都是： P区加正、

5、区加正、N区加负电压。区加负电压。 PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意的意思都是：思都是： P区加负、区加负、N区加正电压。区加正电压。第10页/共35页PN结正向偏置结正向偏置+内电场减弱，使扩散加强，内电场减弱，使扩散加强，扩散扩散 飘移，正向电流大飘移，正向电流大空间电荷区变薄空间电荷区变薄PN+_正向电流正向电流第11页/共35页PN结反向偏置结反向偏置+空间电荷区变厚空间电荷区变厚NP+_+内电场加强，使扩散停止，内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流反向饱和电流很小，很小， A级级第12页/共35页5.2.3 半导体

6、二极管半导体二极管(1)、基本结、基本结构构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PNPN符号符号阳极阳极阴极阴极第13页/共35页(2)、伏安特、伏安特性性UI导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,锗管锗管0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR)死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.2V。UIE+-反向漏电流反向漏电流（很小，（很小， A级级）第14页/共35页例例1：二极管：死区电压：二极管：死区电压=0 .5V，正向压降，正向压降 0.7V(硅二极管硅二极管) 理想二极管：死区电压理想二极管：死区电压=0 ，正向压降

7、，正向压降=0 RLuiuOuiuott二极管半波整流二极管半波整流第15页/共35页5.3 稳压二极管稳压二极管IZmax稳压二极管符号稳压二极管符号UIUZIZ稳压二极管特性曲稳压二极管特性曲线线IZmin当稳压二极管工当稳压二极管工作在反向击穿状作在反向击穿状态下态下,当工作电流当工作电流IZ在在Izmax和和 Izmin之间之间时时,其两端电压近其两端电压近似为常数似为常数正向同正向同二极管二极管稳定稳定电流电流稳定稳定电压电压第16页/共35页例：稳压二极管的应用例：稳压二极管的应用RLuiuORDZiiziLUZ稳压二极管技术数据为：稳压值稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V

8、，Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻，负载电阻RL=2k ，输入电，输入电压压ui=12V，限流电阻，限流电阻R=200 。若。若负载电阻负载电阻变化范围变化范围为为1.5 k 4 k ，是否还能稳压？，是否还能稳压？第17页/共35页RLuiuORDZiiziLUZUZW=10V ui=12VR=200 Izmax=12mAIzmin=2mARL=2k (1.5 k 4 k ) iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）i= （ui - UZ）/R=（12-10）/0.2=10 （mA） iZ = i - iL=10-5=5 （mA）RL=1.5 k , iL=10/

9、1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA）RL=4 k , iL=10/4=2.5（mA）, iZ =10-2.5=7.5（mA）负载变化负载变化, ,但但i iZ Z仍在仍在12mA12mA和和2mA2mA之间之间, ,所以稳压管仍能起稳压作用所以稳压管仍能起稳压作用第18页/共35页5.4 半导体三极管半导体三极管5.4.1 基本结构基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型第19页/共35页BECNPN型三极管型三极管BECPNP型三极管型三极管三三极管符极管符号号NPNCBEPNPCBE第20

10、页/共35页BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄基区：较薄，掺杂浓度，掺杂浓度低低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高第21页/共35页发射结发射结集电结集电结BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极+ + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + + + + + 第22页/共35页5.4.2 电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBEc发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区

11、断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。IE1进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IB ，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。IB 第23页/共35页BECNNPEBRBEcIE从基区扩从基区扩散来的电散来的电子漂移进子漂移进入集电结入集电结而被收集而被收集，形成，形成ICn。IC2ICnIB要使三极管能放大电流，必须使发射结要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。正偏，集电结反偏。 IBnICBO第24页/共35页IB = IBn -ICBOIC = ICn + ICBOIE = ICn + IBn = IC

12、+ IB第25页/共35页静态电流放大倍数静态电流放大倍数静态电流放大倍数，动态电流放大倍数静态电流放大倍数，动态电流放大倍数 = IC / IBIC = IB动态电流放大倍数动态电流放大倍数IB ： IB + IBIC ： IC + IC = IC / IB一般认为：一般认为： = = ，近似为一常数，近似为一常数， 值范围：值范围：20100 IC = IB第26页/共35页5.4.3 特性曲线特性曲线ICmA AVVUCEUBERBIBUSCUSB 实验线路实验线路(共发射极接法共发射极接法)CBERC第27页/共35页 IB 与与UBE的关系曲线（同二极管）的关系曲线（同二极管）（1）

13、输入特性）输入特性IB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V 死区电压死区电压，硅管，硅管0.5V工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.7V第28页/共35页（2）输出特性）输出特性(IC与与UCE的关系曲线的关系曲线)IC(mA )1234UCE(V)3691240 A60 AQQ = IC / IB =2 mA/ 40 A=50 = IC / IB =(3-2)mA/(60-40) A=50 = IC / IB =3 mA/ 60 A=50第29页/共35页输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100

14、A当当UCE大于一定的数大于一定的数值时，值时，IC只与只与IB有关有关，IC= IB , 且且 IC = IB 。此区域此区域称为线称为线性放大区。性放大区。此区域中此区域中UCE UBE,集集电结正偏，电结正偏， IBIC，UCE 0.3V称为饱和区称为饱和区。此区域中此区域中 : IB=0 , IC=ICEO , UBEIC 。BE结正偏，结正偏，BC结正偏结正偏 ，即，即UCE UBE （UCE 0.3V ，UBE 0.7V） (3) 截止区截止区 UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0（ ICEO穿透电流，很小，穿透电流，很小， A 级）级） 第31页/共35页例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？USB =-2V， IB=0 ， IC=0，Q位于截止区位于截止区 USB =2V， IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mA IC= IB =50 0.019=0.95 mA ICS =2 mA ，