半导体器件课件4

海南風光半導體器件

10.1.1本征半導體現代電子學中，用的最多的半導體是矽和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。Si矽原子Ge鍺原子§10.1半導體的基本知識矽和鍺的共價鍵結構共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子後的原子完全純淨的、結構完整的半導體晶體，稱為本征半導體。本征半導體的導電能力很弱。10.1.2雜質半導體在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使半導體的導電性能發生顯著變化。N型半導體（主要載流子為電子，電子半導體）P型半導體（主要載流子為空穴，空穴半導體）N型半導體多餘電子磷原子矽原子+N型矽表示SiPSiSi矽或鍺+少量磷

N型半導體空穴P型半導體硼原子P型矽表示SiSiSiB矽原子空穴被認為帶一個單位的正電荷，並且可以移動矽或鍺+少量硼

P型半導體雜質半導體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導體++++++++++++++++++++++++N型半導體10.2.1PN結的形成在同一片半導體基片上，分別製造P型半導體和N型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結。§10.2PN結及半導體二極體P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內電場E漂移運動空間電荷區PN結處載流子的運動擴散的結果是使空間電荷區逐漸加寬，空間電荷區越寬。漂移運動P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內電場EPN結處載流子的運動內電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區變薄。漂移運動P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內電場EPN結處載流子的運動所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當於兩個區之間沒有電荷運動，空間電荷區的厚度固定不變。10.2.2PN結的單向導電性

PN結加上正向電壓、正向偏置的意思都是：P區加正、N區加負電壓。

PN結加上反向電壓、反向偏置的意思都是：P區加負、N區加正電壓。PN結正向偏置－－－－++++內電場減弱，使擴散加強，擴散

飄移，正向電流大空間電荷區變薄PN+_正向電流PN結反向偏置－－－－++++空間電荷區變厚NP+_++++－－－－內電場加強，使擴散停止，有少量飄移，反向電流很小反向飽和電流很小，

A級10.2.3半導體二極體(1)、基本結構PN結加上管殼和引線，就成為半導體二極體。PNPN符號陽極陰極(2)、伏安特性UI導通壓降:矽管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓U(BR)死區電壓矽管0.5V,鍺管0.2V。UIE+-反向漏電流（很小，

A級）（3）靜態電阻Rd，動態電阻rDUQIQUS+-R靜態工作點Q（UQ，IQ）（3）靜態電阻Rd，動態電阻rD靜態電阻：Rd=UQ/IQ

（非線性）動態電阻：

rD=

UQ/

IQ在工作點Q附近，動態電阻近似為線性，故動態電阻又稱為微變等效電阻iuIQUQQIQUQ例1：二極體：死區電壓=0.5V，正向壓降

＝0.7V(矽二極體)

理想二極體：死區電壓=0，正向壓降=0RLuiuOuiuott二極體半波整流例2：二極體的應用(設RC時間常數很小）RRLuiuRuotttuiuRuoC§10.3穩壓二極體IZmax穩壓二極體符號UIUZIZ穩壓二極體特性曲線IZmin當穩壓二極體工作在反向擊穿狀態下,當工作電流IZ在Izmax和

Izmin之間時,其兩端電壓近似為常數正向同二極體穩定電流穩定電壓例：穩壓二極體的應用RLuiuORDZiiziLUZ穩壓二極體技術數據為：穩壓值UZW=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，負載電阻RL=2k

，輸入電壓ui=12V，限流電阻R=200。若負載電阻變化範圍為1.5k~4k

，是否還能穩壓？RLuiuORDZiiziLUZUZW=10Vui=12VR=200Izmax=12mAIzmin=2mARL=2k(1.5k~4k)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=1.5k,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4k,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）負載變化,但iZ仍在12mA和2mA之間,所以穩壓管仍能起穩壓作用§10.4半導體三極管10.4.1基本結構BECNNP基極發射極集電極NPN型PNP集電極基極發射極BCEPNP型BECNPN型三極管BECPNP型三極管三極管符號NPNCBEPNPCBEBECNNP基極發射極集電極基區：較薄，摻雜濃度低集電區：面積較大發射區：摻雜濃度較高發射結集電結BECNNP基極發射極集電極+++++++++++++__________________________+++++++++++++10.4.2電流放大原理BECNNPEBRBEc發射結正偏，發射區電子不斷向基區擴散，形成發射極電流IE。IE1進入P區的電子少部分與基區的空穴複合，形成電流IB，多數擴散到集電結。IB＋＋＋－＋－－－＋＋＋＋－－－－BECNNPEBRBEcIE從基區擴散來的電子漂移進入集電結而被收集，形成IC。IC2ICIB要使三極管能放大電流，必須使發射結正偏，集電結反偏。＋＋＋－＋－－－＋＋＋＋－－－－靜態電流放大倍數靜態電流放大倍數，動態電流放大倍數

=IC/

IBIC=

IB動態電流放大倍數IB：IB+

IBIC：IC+

IC

=

IC/

IB一般認為：==，近似為一常數，

值範圍：20~100

IC=

IB10.4.3特性曲線ICmA

AVVUCEUBERBIBUSCUSB

實驗線路(共發射極接法)CBERCIB

與UBE的關係曲線（同二極體）（1）輸入特性IB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V

死區電壓，矽管0.5V工作壓降：矽管UBE0.7V（2）輸出特性(IC與UCE的關係曲線)IC(mA)1234UCE(V)3691240A60AQQ’

=IC/

IB=2mA/40A=50

=

IC/

IB

=(3-2)mA/(60-40)A=50

=IC/

IB=3mA/60A=50輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A當UCE大於一定的數值時，IC只與IB有關，IC=IB,且

IC=

IB

。此區域稱為線性放大區。此區域中UCEUBE,集電結正偏，

IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區。此區域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區電壓,，稱為截止區。輸出特性三個區域的特點:(1)放大區

IC=IB,且

IC=

IB

，BE結正偏，BC結反偏(2)飽和區

IC達飽和，IC與IB不是

倍的關係，IB>IC

。BE結正偏，BC結正偏，即UCEUBE

（UCE0.3V

，UBE0.7V）

(3)截止區

UBE<死區電壓，IB=0，IC=ICEO0（ICEO穿透電流，很小，

A

級）

例：

=50，USC=12V，

RB=70k，RC=6k當USB=-2V，2V，5V時，電晶體的靜態工作點Q位於哪個區？USB=-2V，IB=0，IC=0，Q位於截止區

USB=2V，IB=(USB-UBE)/RB=(2-0.7)/70=0.019mAIC=IB=500.019=0.95mA<

ICS=2mA

，Q位於放大區

IC最大飽和電流ICS=(USC-UCE)/RC=(12-0)/6=2mA

ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEICUCEIBUSCRB