第8章半导体元件1ppt课件

1、电子技术电子技术 第八章 半导体器件模拟电路部分模拟电路部分第八章第八章 半导体器件半导体器件8.1 半导体的基础知识半导体的基础知识8.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管8.3 稳压管稳压管8.4 半导体三极管半导体三极管良好的导电材料有：良好的导电材料有： 保护性导电材料有：保护性导电材料有： 润滑性的导电材料有：润滑性的导电材料有： 电阻性的导电材料有：电阻性的导电材料有：8.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 15.1.1 概述概述Ag Au Cu Al Mo W Zn NiPb Sn 熔点低的合金熔点低的合金 C 石墨石墨 碳碳Fe Ni Al Cr 合金合金导体：自然界中很

2、容易导电的物质称为导体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘。电阻率电阻率如何衡量导如何衡量导电能力？电能力？气体和一部分液体以及除去金属与气体和一部分液体以及除去金属与碳以外的几乎所有固体碳以外的几乎所有固体如何衡量绝如何衡量绝缘能力？缘能力？绝缘耐压强度绝缘耐压强度1mm1mm厚，电压厚，电压的千伏值的千伏值 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体体之间，称为半导体. .Ge Si Se 砷化镓和一些硫化物、金属氧化物砷化镓和一些硫化物、金属氧化物等

3、。等。 导电特性导电特性导电能力明导电能力明显变化显变化受热受热光照光照掺入某掺入某些杂质些杂质一、本征半导体及其结构一、本征半导体及其结构: 完全纯净的完全纯净的,具有晶格结构的半导体称征半具有晶格结构的半导体称征半导体导体.GeSi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。8.1.2本征半导体本征半导体本征半导体结构：本征半导体结构：在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，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，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，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原

4、子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：硅的共价键结构硅的共价键结构由价电由价电子组成子组成的共价的共价键键SiSiSiSi+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子+4+4+4+4 空穴的迁移相当于空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴也是载可以认为空穴也是载流子。流子。本征半导体中本征半导体中有两种载流子有两种载流子自由电自由电子子空穴空穴谁多谁少？谁多谁少？温度越高，光照越强温度越高，光照越强, 载流子的浓度越高。载流子的浓度越高。 温度是影响半导体导电性能的

5、一个重要的外温度是影响半导体导电性能的一个重要的外部因素部因素本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半本征半导体中导体中一样多一样多Intrinsic Semiconductor有办法让某种载流子多些吗?五价五价元素元素自由电子称多数载流子多子）自由电子称多数载流子多子）空穴称为少数载流子少子空穴称为少数载流子少子)+4+4+5+4negativeN 型半导体型半导体磷+4+4+3+4三价元素三价元素空穴是多子，电子是少子空穴是多子，电子是少子positiveP 型半导体型半导体硼P 型半导体型半导体N 型半导体型半导体杂质半导体杂质半导体五价元素

6、五价元素三价元素三价元素Extrinsic Semiconductor参杂浓度将大大改变半导体的导电性能8.1.3 杂质半导体杂质半导体杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体在同一片半导体基片上，一半扩散进去五价在同一片半导体基片上，一半扩散进去五价元素，一半扩散进去三价元素情况会如何？元素，一半扩散进去三价元素情况会如何？ PN PN 结的形成结的形成扩散，漂移，空间电荷层耗尽层，动态平衡，内建电场。8.2 PN 结结 基本知识基本知识8.2.1+PNPN PN 结会有什么样的结会有什么样的 电学特性？电学特性？+REPN 结正向偏置结正向偏置

7、内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_ PN 结加上正向电压结加上正向电压 (正向偏置正向偏置) 的意思都是：的意思都是： P 区区加正、加正、N 区加负电压。区加负电压。内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流较大的扩散电流PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP_RE PN 结加上反向电压结加上反向电压 (反向偏置反向偏置) 的意思都是：的意思都是： P区区加负、加负、N 区加正电压。区加正电压。内电场被被内电场被被加强，多子加强，多子的扩散受抑的扩散受抑制。少子漂制。少子漂移加强，但移加强，但少子数量有少子数量有限，

8、只能形限，只能形成较小的反成较小的反向电流向电流)1e(Iiktqus mv26qkT 当T=3000k 时(即室温下)反向饱和电流Reverse-bias saturation currentu为PN结两端外加的电压i为流过PN结的电流PN结的伏安特性结的伏安特性。反向特性为一常量正向特性为指数曲线，SI)e(IiTUuS1 T（）在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流IS，U(BR) T（）正向特性左移，反向特性下移势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出就会引起积累在势垒区的

9、空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。的电容是势垒电容。扩散电容：为了形成正向电流扩散电流），注入扩散电容：为了形成正向电流扩散电流），注入P P 区区的少子电子在的少子电子在P P 区有浓度差，越靠近区有浓度差，越靠近PNPN结浓度越大，结浓度越大，即在即在P P 区有电子的积累。同理，在区有电子的积累。同理，在N N区有空穴的积累。区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容散电容CDCD。8.2.2. PN结的结电容单向导电单向导电(伏安特性曲线伏安特性曲线)结电容结电容PN结的电学特性PN 结加上管壳和引

10、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。引线引线外壳外壳触丝线触丝线基片基片N)点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号： 8.3 半导体器件半导体器件 8.3.1半导体二极管半导体二极管 diode(P) ui死区电压死区电压硅管硅管0.5V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,0.60.7V,锗管锗管0.20.3V0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0 正向压降正向压降=0 二极管的伏安特性二极管的伏安特性最大整流电流最大整流电流 IOM反向电流反向

11、电流 IRCB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PN结高频结高频小信号时的小信号时的等效电路：等效电路：势垒电容和扩散电容的综合效应势垒电容和扩散电容的综合效应rd 二极管的极间电容二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容势垒电容CBCB和扩散电容和扩散电容CDCD。符号符号8.3.2 特殊二极管特殊二极管 稳压二极管稳压二极管 1. 反向击穿可逆2. 反向电流可在很大范围内变 化,而管子两端的电压

12、变化很小Zener DiodeuiIZIZmax UZ IZUZIZmin电学特性电学特性:稳稳压压误误差差BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结CollectorBaseEmitter发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高基区：较薄基区：较薄集电区集电区8.3.2 三极管三极管TransistorBECNNP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CollectorBaseEmitterBECIBIEICBECIBIEICBECIBIEICIC =IB=BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极讨论讨论

13、三机三机极管极管的电的电学特学特性性RcE常数CEUBCiiCECCMUIP晶体管的输出特性温度对晶体管特性的影响将增大。不变，将减小。不变，BBEBEB)(iuuiCTCEO )(ICT晶体管的三个工作区域 状态 UBE IC UCE 截止 Uon ICEO UCC 放大 Uon IB UBE 饱和 Uon IB UBE8.3.3 二极管、稳压管、三二极管、稳压管、三极管最基本的应用极管最基本的应用一、二极管单相整流电路二、稳压管稳压电路三、三极管 （三极管共射极放大电路与射极跟随器）构成晶体管开关电路构成晶体管开关电路构成晶体管放大电路构成晶体管放大电路放大电路将在学完数字电路后讲述t u

14、o(4) 输出电压平均值输出电压平均值Uo）：）：(1) 输出电压波形：输出电压波形：u1u2aTbDRLuoiL 02245022U.UtduUoo1(3) 二极管上承受的最高电压：二极管上承受的最高电压：22UURM(2) 二极管上的平均电二极管上的平均电流：流：ID = IL1、单相半波整流一、二极管的应用一、二极管的应用RLuiuouiuott若Ui=220V, RL=10要买一个什么样的管子 ?diode1、单相半波整流uD iDuRiRuiIuiuRtttiD2、单相全波整流、单相全波整流若Ui=220V, RL=10要买一个什么样的管子 ?diode单相桥式整流电路的另一种画法单

15、相桥式整流电路的另一种画法桥式整流电路桥式整流电路+-u2正半周正半周时电流通时电流通路路u1u2TD4D2D1D3RLuo桥式整流电路桥式整流电路-+u0RLu1u2TD4D2D1D3u2负半周负半周时电流通时电流通路路uou2u2tuot221 U.Uo 整流电路加电容滤波3、限幅、限幅Ruiuo10v5vtcuiuo4、峰值采样、峰值采样uotuoiZDZRiLiuiRL知：稳压管的技术参数知：稳压管的技术参数:mAIUzz310 ZminmaxI 20mA, V, k2LR负载电阻负载电阻 。 kV5018.R,ui问：当输入电压发生问：当输入电压发生20%波动时，负载上的电波动时，负载上的电压压uo会如何变？会如何变？ 6318201818.%21.6 (V) 14.4 (V)(mA)11516210501018 .21852232105010621. (mA)(mA)835882105010414. 二、稳压管稳压电路二、稳压管稳压电路三、晶体管开关电路三、晶体管开关电