3013秋冬学期模电第1次课第一篇

1、2013年秋冬学期集成电子技术基础教程第一篇 电子器件基础第二篇 模拟电子电路第三篇 数字电子电路第四篇 电子电路综合与应用集成电子技术基础教程（第二版）上册下册数字信号：模拟信号：第一篇 电子器件基础第一章 电子器件的特性与模型第二章 半导体器件的工作机理 1.1.0 概述基本电子器件无源器件：电阻、电容、电感等分立器件：二极管、三极管、场效应管等有源器件：三极管、场效应管、运算放大器等集成器件：模拟集成器件、数字集成器件等电子器件的基本电气特性电压特性、电流特性、功率特性、温度特性等描述电子器件的最基本特性电子器件ViI iVoI o输入特性（输入伏安特性）输出特性（输出伏安特性、负载特性

2、）电压传输特性1.1.1 常用电路元件的伏安特性开关的V-I特性理想开关特性实际开关特性理想开关：闭合时由于R=0，故V=0开断时由于R=，故I=0实际开关：闭合时由于R=0，故V=0开断时由于R=，故I=0线性电阻的 V-I 特性安全工作区：过压/过流/过热电压源的 V-I 特性电流源的V-I特性*所有源都有一定的内阻受控电流源 电流控制电流源、电压控制电流源半导体材料导电能力：介于导体和绝缘体之间电阻率：10-310-9 Ohm.cm1.2.1 半导体材料与PN结一、半导体的导电特性硅(Si)锗(Ge)砷化锗(GaAs)本征半导体原子结构（本征硅）（不含任何杂质的半导体）原子结构图简化模型

3、价电子晶体结构共价键热激发与复合空穴与电子空穴和电子浓度温度特性仅占三万亿分之一，GeSi每升10度，浓度增一倍本征激发电子与空穴杂质半导体N（NEGATIVE）型半导体掺5价元素（磷、砷等）多（数载流子）子：电子少（数载流子）子：空穴P（POSITIVE）型半导体掺3价元素（硼、镓等） 多（数载流子）子：空穴少（数载流子）子：电子载流子的运动扩散运动载流子浓度不平衡产生漂移运动外电场作用引起 电子迁移率 空穴迁移率（自由运动）（束缚运动）半导体基片一边掺5价元素，一边掺3价元素二、PN （PN Junction）结的形成PN结中载流子的运动多子扩散产生内建电场内建电场作用：阻止多子进一步扩散

4、促进P区和N区的少子漂移 扩散与漂移达到动态平衡 名词：空间电荷层(正负离子)阻挡层(多子)耗尽层(载流子)PN结(两种材料)势垒区(势能)PN结的形成不对称P+N结 正偏（Forward-Biased） 外建电场削弱内电场 空间电荷区变薄多子扩散增强少子漂移作用可忽略低阻 PN结正向偏 置三、 PN结的单向导电特性反偏（Reverse-Biased） 外建电场与内电场一致， 空间电荷区变厚多子扩散无法进行少子漂移占优呈高阻少子浓度极低， 反向饱和电流很小导电特性与温度密切相关PN结反向偏 置PN结的伏安特性正向特性 常温下：T=300K VT =26mV 正向电流增加十倍，电压才增60mV反

5、向特性温度对伏安特性的影响温度每升10度，IS增一倍本征激发的少子浓度或能超过杂质原子提供的多子浓度，此时杂质半导体与本征半导体类似，PN结不再存在，失去单向导电性 正偏时：PN结的单向导电性能温度过高（Si=150200度）反向击穿反偏电压超过 反向击穿电压VBR反向电流将急剧增大反向电压值VZ却增加很少反向电流的增加不加以限制，PN结将迅速烧坏雪崩击穿（Avalanche Breakdown） 齐纳击穿（Zener Breakdown） 四、 PN结的击穿特性（反偏） 雪崩击穿（Avalanche Breakdown） 内建电场足够强 漂移运动的载流子（少子）加速 少子与中性原子碰撞，使价

6、电子激发产生新的电子空穴对，形成连锁反应，造成载流子的剧增，使反向电流“滚雪球”般地骤增 齐纳击穿（Zener Breakdown） 半导体掺杂浓度高，PN结空间电荷层很薄 低反压(如在4V以下)，空间电荷区就可能获得2106V/cm以上的场强，将价电子直接从共价键中拉出来。获得很多的电子空穴对，使得反向电流剧增 击穿反压的温度特性雪崩击穿：温度系数为正Si材料：反向击穿电压在7V以上的属雪崩击穿；在4V以下的为齐纳击穿；47V之间，两种击穿可同时存在 齐纳击穿：温度系数为负当两种击穿均存在：其电压温度系数将接近于零 势垒电容CB（Barrier Potential Cap）空间电荷层随外加电

7、压产生厚薄变化，电荷增加或减少值大小为1至100pF，与外加电压成非线性关系常利用其反偏时电容随外加电压的变化，制成变容二极管扩散电容CD（Diffusion Cap）势垒区两侧非平衡载流子的积累引起值大小：反偏时约为0，正偏时10至100PFPN结电容 CJ=CD+CB非线性电容，正偏时扩散为主，反偏时势垒为主 五、 PN结的电容效应1.2.2 半导体二极管二极管的符号PN结加上相应的电极引线和管壳封装二极管的电路符号一、二极管的结构与类型二极管结构点接触型二极管 面接触型二极管 平面接触型二极管 二极管图片伏安特性 A点：开启（阀值，门坎）电压VthSi=0.5V, Ge=0.1VBC段：恒压区*Si=0.60.8VGe=0.20.