《常用半导体》课件.ppt

1、第一章常用半导体老虎钳、1.1半导体基础知识1.2 PN结电容1.3半导体二极管1.4特殊二极管稳定杆1.5半导体晶体管1.6增强型场效应晶体管、1.1半导体基础知识、半导体：导体和绝缘体之间存在导电能力的称为半导体。 常用的半导体材料： (1)元素半导体：硅14(Si )、锗32(Ge )； (2)化合物半导体：砷化镓(GaAs )。 常用的半导体有单原子和化合物，我们常见的半导体材料是单原子中的硅(Si )和锗(Ge )。 一、半导体的导电特性、热敏性：半导体受热后，其导电能力增强。 利用这一特性，有些对温度反应特别敏感的半导体可以作为热电传感器，光易感性：半导体照射光时，其导电能力得到增

2、强。 这种特性使得可以制作各种对光特别敏感的半导体。 掺杂大头针特性：在纯粹的半导体材料中掺杂微量杂质，其导电能力有很大增强。 (可以从数十万增加到数百万倍)、二、半导体的分类、半导体、p型半导体(霍尔型)、非本征半导体、n型半导体(电子型)、本征半导体、价电子、本征半导体：把半导体精制成单晶结构、三、半导体的结构和导电方式、共价键结构的各价电子被邻接的两个原子核所共有。 本征激发为室温，少数价电子通过热激发得到一盏茶能量，脱离共价键的束缚，成为自由电子。 在云同步上，在原来的共价键上留下空位，称为“空位”。 自由电子数=空穴数，自由电子和空穴统称为载流子、本征半导体两端施加电场时，导电方式：

3、电子电流、空穴电流、自由电子通过电场取向移动而形成电子电流，共价键健中的价电子在外部电场的力作用下解除共价键的束缚的本征半导体有两种载流子瓦斯气体，分别是自由电子和空电场作用下两种载流子瓦斯气体分别与电子电流形成空穴电流，它们的电流方向一致。 是这些个的电流和被称为半导体的电流。 结论：本征半导体中电流的大小取决于自由电子和空穴的数量，数量越多电流越大。 另外，光照射加热时载流子瓦斯气体的量增加，也显示了光易感性和感热性。 四、非本征半导体、本征半导体的导电能力弱，本征半导体中掺入微量其它元素体后半导体的导电性能会发生显着变化。 混入了杂质微量元素体的原子非本征半导体杂质的半导体非本征半导体分

4、为n型半导体、p型半导体、n型半导体(电子型半导体)，在本征半导体中混入5价杂质元素体，例如磷、砷、锑，能够形成n型半导体，也被称为电子型半导体。 由于供给热激发产生的自由电子、掺杂磷产生的自由电子、杂质原子，所以施主原子、掺杂磷产生的自由电子数热激发产生的自由电子数、n型半导体中的自由电子数空穴数、自由电子为n型半导体的多数载流子(多子)、空穴为n型半导体的少数载流子(少子)， 被称为空间电荷的热激发产生的空穴、硼掺杂产生的空穴、杂质原子能够吸收电子，因此被称为受主原子，硼掺杂产生的空穴数热激发产生的空穴数、p型半导体中的空穴数自由电子数、p型半导体中的空穴为多数的载流子，主要通过掺杂形成简

5、化图：掺杂对本征半导体的导电性有很大影响。几个典型的数据是在： T=300K室温下，本征硅的电子和空穴浓度： n=p=1.41010/cm3掺杂后的n型半导体中的自由电子浓度： n=51016/cm3本征硅的原子浓度：4.921022/，2、半导体少子对温度非常敏感，多子的浓度与杂质原子的浓度几乎相等，所以不太受温度的影响。 总结：1.2 PN结电容、一、PN结电容的形成、内部电场、p、n、浓度差引起多子扩散运动，形成空间电荷区域，形成内部电场(NP )的n区接电源负是对PN结电容施加了顺向电压的n区接电源正，p区接电源负是对PN结电容施加了反向电压时的导电状况， 对PN结电容施加顺向电压时，

6、施加的顺向电压的一部分下降到PN结电容区，方向与PN结电容内电场方向相反，减弱了内部电场。 于是，内部电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流变大。 扩散电流远大于漂移电流，漂移电流的影响可忽略，并且PN结电容低抗逆性。 理想的模型是，开关闭合，对内电场、外电场、2、PN结电容施加逆电压时的导电状况、内电场、外电场、施加的逆电压的一部分下降到PN结电容区域，方向与PN结电容内电场方向相同，增强了内电场。 内部电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大幅减少。 此时，由包含PN结电容部的少子的电场形成的漂移电流比扩散电流大，扩散电流可忽略，但由于漂移电流是少子的电流，反向电流非常小，PN结电容显示高

7、抗逆性。 理想的模型是开关断开，在一定的温度条件下，由本征激励决定的少子浓度一定，所以少子产生的漂移电流一定，基本上与施加的反电动势的大小无关，该电流也被称为反饱和电流。 对PN结电容施加反向电压时的导电情况，对PN结电容施加反向电压时，显示出高电阻，具有小的反向漂移电流，与温度有关。 可以得出这样的结论：当对PN结电容施加顺向电压时，呈低电阻，具有较大的正向扩散电流，电流方向指向p到n的PN结电容具有单向式导电性。 结论：1，n型半导体带负电，p型半导体带正电。 这个说法正确吗？ 2，n型半导体的多子为()，p型半导体的多子为()。 PN结电容中的扩散电流方向从()区域朝向()区域，漂移电流

8、方向从()区域朝向()区域。 4、对PN结电容施加顺向电压时()电流大于()电流，此时耗尽层为()。错误、都是中性、电子、空穴、n、p、n、p、扩散、漂移、狭窄、思考问题、半导体、本征半导体、非本征半导体、本征激励、自由电子一定宽度的空间电荷区域、单向式导电性、正偏置导通(多子的取向移动形成大的正向扩散电流，电流方向指从p到n )、反偏置切断(少子的分类：按构造分为点接触型、面接触型、平面型、半导体二极管的类型、一、半导体二极管的结构类型、二极管构造分为点接触型、面接触型、平面型三种，它们的构造示意图如图所示。 1、点接触型二极管，PN结电容面积小，结电容小，用于射频波小电流回路。 2、用于面

9、接触型二极管、PN结电容面积大、商用频率大的电流整流电路。 3、平面型二极管多用于IC集成电路的制造工艺。 结面积大时，用于大功率整流。结面积小时，用于射频波、脉冲、开关电路。 二极管的符号、二、二极管的伏安图特性、半导体二极管的伏安图特性如图所示。 位于第1象限的是顺方向伏安图特性曲线，位于第3象限的是逆方向伏安图特性曲线。 根据U/V、理论，二极管的伏安图特性曲线可以由下式表示，其中，IS是逆饱和电流，u是二极管两端的电压降，UT=kT/q是温度的电压当量，k是玻尔兹曼常数，q是电子电荷量，t是热力学温度。 相对于室温(相当于T=300 K )，UT=26 mV。 1、正向特性，U0即正向

10、特性区域，正向区域进一步分为两部分：0UUth时，正向电流为零，Uth称为死区电压，管路被切断，UUth时，正向电流开始出现，指数增加。 管道导通，硅二极管的死区电压约为： Uth=0.5 V左右，锗二极管的死区电压约为： Uth=0.1 V左右。 2、逆特性、U0时，处于逆特性区域。 反向区域也分为2个区域，在VBRV0的情况下，反向电流较小，几乎不随着反向电压的变化而变化，但此时的反向电流也称为反向饱和电流IS。 VVBR的情况下，反向电流急剧增加，VBR被称为反向耐压。 这种特性也被称为逆破坏特性。 从破坏的反应历程来看，硅二极管为|VBR|7V，主要为雪崩破坏|UBR|4V，主要为齐纳

11、击穿。 如果在4V-7V之间有两个破坏，则可能得到零温度系数点。 在齐纳击穿高掺杂下，耗尽层宽度小，小的反电动势形成强电场，可以将价电子从共价键“引出”，产生电子、空穴对，电流急剧增加。 雪崩击穿反电动势增加的话，耗尽层中的电场也变强，少子在漂移过程中受到更大的加速，与共价键中的价电子碰撞时将价电子从共价键“碰撞”，可能产生电子、空穴对。 新产生的电子、孔被电场加速后，其他价电子可能“冲撞”。 引起了电流的急剧增加。 三、半导体二极管的主要残奥仪表、最大整流电流IF、最大反向工作电压URM、最大反向生物电流IRM是指管道长期运行时能够通过的最大正向平均电流。 二极管能够接受的最大的反电动势是在

12、室温下，二极管没有被破坏时的反电流，因为电流通过PN结电容，导管发热定，电流达到一定程度，导管过热烧坏。 逆特性曲线下降，即逆电流增大。 在室温附近，温度每上升一次，顺向电压下降减少2-2.5mV，温度每上升10次，反向电流约增大1倍左右。 四、半导体二极管温度特性、五、半导体二极管型号、按照国家标准命名半导体老虎钳型号的例子有六、应用、二极管单向式导电性应用广泛，可用于检波、整流、限幅、钳位、开关、元件保护等。 二极管是非线性去老虎钳，为了容易分析，总是在一定条件下，用线性元件组成的电路来近似模拟计程仪二极管。 这个电路叫做二极管的等效电路。 理想模型、电源电压远大于二极管的电压降时，正偏压

13、时、二极管的管电压降被认为是零伏特的反偏压时，其电阻无限大，电流被认为是零。符号及等价模型：正偏压导通、uD=0反偏压截断、iD=0、例题、二极管基本回路如图所示，在VDD=10V，利用理想模型求出电路的VD和ID。 解，VD=0V，恒压降模型是，流过二极管的电流大致为1mA以上时，二极管导通后，管电压降一定，不随电流变化的硅管为0.7伏，锗管为0.2伏。 如例题、硅二极管基本回路图那样，利用VDD=10V、定电压降模型求出电路的VD和ID。 已知解，例1 :二极管的导通电压为0.6V，求uo，解： d导通，uo=- 6.6V，例2 :忽略二极管的导通电压，如ui图所示描绘uo的波形。 如图所

14、示，限制电路是R=1K、VREF=3V。当Ui=6sint(V )时，利用恒压降模型绘制相应输出电压UO的波形。 二极管的恒压降为0.7V。 Ui3.7V时d开启，UO=0.7 3=3.7V，Ui3.7V时d关闭，UO=Ui。 例4 :忽略二极管的导通电压，设ui=10sinwt(V )、E=3V，描绘uo的波形。 在实例5 :当图所示的硅二极管电路知道Ui=10sint(V )时，使用恒定电压降模型绘制相应的输出电压UO的波形。 二极管的恒压降为0.7V。 例4 :电路如下图所示，已知u=10sin(t)(V )、E=5V，最好试制uo的波形，设置求出例6:VA=3V、VB=0V、VF (二

15、极管的导通电压忽略)的二极管。关、关、关、关、开、开、开、开、开、开、0、5、5、5、整流电路：将交流电压转换为脉动直流电压。 例：单相桥式整流电路如图所示，电源US为正弦波电压，描绘负载RL两端的电压波形，最好是二极管。 在Ui0V中D2、D3导通，在UO=Ui、Ui0V中D4、D1导通，UO=-Ui、1.4特殊的二极管齐纳二极管，齐纳二极管是适用于反向破坏区域的特殊的二极管。 正如其符号所示，稳定压力管也称为齐纳二极管，是用特殊工艺制造的半导体二极管。 如果对某一定值施加反向电压，则会产生UZ，发生反向破坏，反向电流急剧增加，如果控制为反向电流不超过一定值，则管道不会破损。 一、稳定作用二

16、极管的伏安图特性，二、稳定作用管的主要残奥仪表、稳定作用电压VZ，是指在规定电流下稳定作用管的反向耐压。 稳定管的稳定电压低的可达3V，高的可达300V。 稳态电流IZ(Izmin Izmax )是恒压管在恒压状态下动作时的参考电流。 电流低于Izmin时，稳定作用效果变差，完全不稳定作用的电流超过Izmax时，稳定的管破损。最大耗散功率PZM、稳定压力管的最大功率损耗取决于PN结电容面积和散热等条件。 指稳压管的稳定电压和最大稳定电流的积，PZM=UZIzmax。 温度系数是指每当温度改变1时的稳定作用值的变化量。 稳定电压为4v7v的稳压管可以得到几乎为零的温度系数。 这样的齐纳二极管可以作为标准的稳定杆使用。 动态电阻rz是指稳定作用范围内稳定作用管两端的电压变化与电流变化之比。 曲线越陡，动态电阻越小，稳压管的稳定作用性能越好。 恒压二极管请在动作时反向连接，并串联连接电阻。 电阻的作用之一是为了保护稳定的压力管，起到电流限制的作用。其次，当输入电压和负载电流发生变化时，根据该电阻上的电压降的变化，提取误差信号，调节稳定杆的生物电流，发挥稳定作用作用。 三、应用，例1 :如回路图所示，求稳定的压力管中流动的电流IZ，r合适吗，解：所以r合适。 例2 :在电路图、IZmax=50mA、R=0.