半导体器件课件

电工学－－电子技术电工学电子技术教学进度简表电工学电子技术教学内容学时教学内容学时第14章半导体器件4第20章门电路和组合逻辑电路8第15章基本放大电路8第21章触发器和时序逻辑电路8第16章集成运算放大电路4第22章存储器和可编程逻辑器件第17章电子电路中的反馈2第23章模拟量和数字量的转换2第18章直流稳压电源2期终考试第19章电力电子技术2个人简介刘宗锋：教授、研究员〔工程技术应用研究员〕1.从事专业：机械电子工程；2.研究方向：从事机械电子工程方面及电动汽车动力总成与控制系统、电源与管理系统等研究及应用。3.联系方式：〔@163〕电工学电子技术4.答疑地点：车辆工程系模拟量：在时间上和数值上具有连续变化的特点。如温度；压力t数字量：在时间上和数值上是离散的。如人数；物件等矩形波t尖顶波t1数字量与模拟量离散：在时间上和数值上不同时连续。电工学电子技术

处理模拟信号的电路称为模拟电路。如整流电路、放大电路等，注重研究的是输入和输出信号间的大小及相位关系。

处理数字信号的电路称为数字电路，它注重研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系。

正逻辑：高电平表示为1；低电平表示为0。

负逻辑：高电平表示为0；低电平表示为1。电工学电子技术2三极管工作区

在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放大区，起放大的作用。

在数字电路中，晶体三极管一般工作在截止区和饱和区，起开关的作用。电工学电子技术3EDA技术的开展和应用EDA：电子设计自动化，计算机技术应用于电子电路设计过程。应用于电路结构设计和运行状态的仿真、集成电路幅员设计、印刷电路板设计，可编程逻辑器件的编程设计。PLD：programmablelogicdevice，可编程逻辑器件通用集成电路，逻辑功能按照用户对器件编程来确定。

电工学电子技术黑盒子方案电工学电子技术黑盒子输入1输入2输出1输出2依据器件的各引脚的功能及输入特性和输出特性，实现电路之间的互联，不去分析其内部电路结构。第14章半导体器件14.1半导体的导电特性电工学电子技术14.2

PN结及其单向导电性

14.3二极管14.4稳定二极管

14.5双极型晶体管

14.6光电器件14.1半导体的导电特性1半导体的特性:⑴热敏特性:导电能力随温度升高而变大，如热敏电阻。⑵光敏特性:导电能力随光强增大而变大，如光敏电阻。⑶掺杂特性:在纯洁半导体中掺入微量杂质，导电能力大大增强。如二极管、晶体管、场效晶体管及晶闸管。电工学电子技术本征半导体:纯洁、晶格完整。晶体:锗、硅等原子的外层有四个价电子，整齐排列。半导体一般都具备晶体结构。原子外层电子共价键价电子硅单晶中的共价键结构电工学电子技术2本征半导体电子对：每一个原子的一个价电子与另一个原子的一个价电子组成电子对。电子对共价键结构：电子对是二个相邻原子共有的。把相邻原子结合在一起。电工学电子技术共价键空穴自由电子激发晶体：电中性。原子：带正电。电工学电子技术空穴的移动，空穴运动，正电荷运动。电子电流：自由电子的定向运动。空穴电流：被原子核束缚的价电子递补空穴形成电流。半导体中空穴电流与电子电流并存。载流子：空穴和自由电子。空穴和自由电子成对出现即产生，又不断复合。载流子的产生与复合平衡；温度高载流子数目多，导电性好。电工学电子技术本征激发，破坏共价键束缚，成为自由电子并产生空穴空穴吸引价电子填补空穴而形成新的空穴。空穴在运动。空穴电流与电子电流并存。但是，电子导电是主要导电方式。N型半导体或电子半导体：自由电子是多数载流子；空穴是少数载流子。电工学电子技术3N型、P型半导体电流与电子电流并存。但是，空穴导电是主要导电方式。P型半导体或空穴半导体：空穴是多数载流子；自由电子是少数载流子。电工学电子技术P自由电子空穴与自由电子并存。PN结：电工学电子技术14.2PN结及其单向导电性P型N型P型半导体与N型半导体结合后的交界处，出现电子、空穴浓度差异，P型区空穴浓度高而电子浓度低、N型区电子浓度高而空穴浓度低；浓度高的带电粒子从浓度高的区域向浓度低的区域扩散，同时，从浓度低的区域向浓度高的区域漂移。扩散及漂移过来的空穴与电子相复合，形成PN结。PN结：电工学电子技术耗尽区：多数载流子扩散被消耗尽。电阻率很高；扩散越强、耗尽区越宽。电工学电子技术PN结内电场：方向是从N区指向P区。存在接触电位差；形成势垒区。特点：阻止扩散运动、形成漂移运动。扩散与漂移动态平衡。扩散：空间电荷区变宽；漂移：空间电荷区变窄。P区N区空间电荷区电工学电子技术正向偏置电压：正向电压。外电场，PN结变窄、势垒区变窄；有利扩散运动。内电场，PN结变宽、势垒区变宽；有利漂移运动。PN结的单向导电性：正向偏置电压＋U－正向偏置电压：PN结电阻小，扩散运动增强，产生扩散电流IF。呈现正向导通状态。PN结的单向导电性：反向偏置电压电工学电子技术－＋U反向偏置电压：反向电压。外电场与内电场方向相同，PN结变宽、势垒区变宽；有利漂移运动，不利扩散运动。形成漂移电流IR/IS。PN结电阻增大，扩散运动减弱，扩散电流减小。有漂移电流但很小。呈现高电阻状态、反向截止状态。PN结的反向击穿：电工学电子技术雪崩击穿：碰撞电离：共价键的电子激发形成自由电子－空穴对。倍增效应：自由电子－空穴对与原电子－空穴对，碰撞，再产生电子－空穴对。杂质浓度不大的PN结中出现，不可恢复。齐纳击穿：破坏共价键，束缚电子别离，而形成电子－空穴对。在杂质浓度特别大的PN结中才能实现。可恢复。14.3二极管电工学电子技术14.3.1根本结构二极管：将PN结接上电极。按结构分类及特点：点接触型、面接触型、平面型。符号：14.3二极管电工学电子技术14.3.1根本结构二极管：将PN结接上电极。按结构分类及特点：点接触型、面接触型、平面型。符号：14.3二极管电工学电子技术14.3.1根本结构二极管：将PN结接上电极。按结构分类及特点：点接触型、面接触型、平面型。符号：14.3二极管电工学电子技术14.3.1根本结构二极管：将PN结接上电极。按结构分类及特点：点接触型、面接触型、平面型。符号：14.3二极管电工学电子技术14.3.1根本结构二极管：将PN结接上电极。按结构分类及特点：点接触型、面接触型、平面型。符号：简单电路图阳极阴极电工学电子技术14.3.2伏安特性1.正向特性：多数截流子移动产生扩散电流，形成正向电流。死区电压，开启电路或门坎电压：0.5V计算时取0.7V。2.反向特性：少数截流子漂移，形成反向饱和电流。击穿，反向击穿电压。电工学电子技术14.3.3主要参数1.最大整流电流：IOM2.反向工作峰值电压：URWM3.反向峰值电流：IRM反向击穿电压：UBR反向工作峰值电压时的电流。电工学电子技术例如图14.3.4(a)RC微分电路，UI波形如图示，试画出UO波形。电工学电子技术例：VA=+3V,VB=0V；V-E=-12V。求：VY；说明DA,DB的作用。DA钳位作用；DB隔离作用。电工学电子技术习题：P8、P12－P1314.1.2；14.3.1；14.3.5；14.3.6；；14.4稳压二极管电工学电子技术稳压二极管：面接触，稳定电压，工作于反向击穿区，可逆。热击穿：反向电流超过允许范围。不可逆。稳压二极管的伏安特性曲线稳压二极管的符号电工学电子技术稳压二极管的参数：1.稳定电压UZ：反向击穿电压。有分散性，如10－11.8V2.电压温度系数αU：稳压值与温度的关系。高于6V为正，低于6V为负。6V的管子，稳压值受温度影响小。3.动态电阻rZ4.稳定电流IZ及最大稳定电流IZM5.最大允许耗散功率PZM电工学电子技术例14.4.1R=1.6kΩ,UZ=12V,IZM=18mA,U=20V。求：IZ,分析R。14.6光电器件－－发光二极管电工学电子技术1.发光二极管(LED)：正向电压并有足够大的正向电流时，电子与空穴复合而释放能量产生光。波长即颜色与材料有关。发光二极管

电压：，电流：几到几十mA时，寿命最长。14.6光电器件－－光电二极管电工学电子技术2.光电二极管：PN结光敏特性，将接收到的光的变化转换为电流的变化。光电二极管在反向电压下工作。暗电流：无光照，反向电流很小，是普通二极管。光电流：有光照，反向电流随光强而增大。几十微安。伏安特性14.6光电器件－－光电晶体管