《半导体元》PPT课件.ppt

1、电子技术,第八章 半导体器件,模拟电路部分,第八章 半导体器件,8.1 半导体的基础知识,8.2 PN结及半导体二极管,8.3 稳压管,8.4 半导体三极管,良好的导电材料有： 保护性导电材料有： 润滑性的导电材料有： 电阻性的导电材料有：,8.1 半导体的基本知识 15.1.1 概述,Ag Au Cu Al Mo W Zn Ni,Pb Sn 熔点低的合金,C 石墨 碳,Fe Ni Al Cr 合金,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。,电阻率,如何衡量导电能力？,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,如何衡量绝缘能力？,绝缘耐压强度 1

2、mm厚，电压的千伏值,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、金属氧化物等。,导电能力明显变化,受热,光照,掺入某些杂质,一、本征半导体及其结构: 完全纯净的,具有晶格结构的半导体称征半导体.,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,本征半导体结构：,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，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。,硅的共价键结构,由价电子组成的共价键,Si,Si,Si,Si

3、,自由电子,空穴,束缚电子,空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴也是载流子。,本征半导体中 有两种载流子,自由电子,空穴,谁多谁少？,温度越高，光照越强, 载流子的浓度越高。 温度是影响半导体导电性能的一个重要的外部因素,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,本征半导体中,一样多,Intrinsic Semiconductor,有办法让某种载流子多些吗?,五价元素,自由电子称多数载流子（多子）,空穴称为少数载流子（少子),negative,N 型半导体,磷,三价元素,空穴是多子，电子是少子,positive,P 型半导体,硼,Extrinsic Semiconductor,参杂浓

4、度将大大改变半导体的导电性能,8.1.3 杂质半导体,杂质半导体的示意表示法,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？,PN 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 基本知识,8.2.1,P,N,PN 结会有什么样的 电学特性？,PN 结正向偏置,P,N,+,_,PN 结加上正向电压 (正向偏置) 的意思都是： P 区加正、N 区加负电压。,内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流,PN 结反向偏置,+,外电场,N,P,_,R,E,PN 结加上反向电压 (反向偏置) 的意思都是： P区加负、N 区加正电压。

5、,内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流,当T=3000k 时(即室温下),反向饱和电流,Reverse-bias saturation current,u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,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，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。,扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入P 区的少子（电子）在P 区有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P 区

6、有电子的积累。同理，在N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散电容CD。,8.2.2. PN结的结电容,PN结的电学特性,PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,引线,外壳,触丝线,基片（N),点接触型,面接触型, 8.3 半导体器件 8.3.1半导体二极管 diode,(P),二极管的伏安特性,最大整流电流 IOM,反向电流 IR,CB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。,PN结高频 小信号时的 等效电路：,势垒电容和扩散电容的综合效应,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：势垒电容CB和扩

7、散电容CD。,符号,8.3.2 特殊二极管 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,而管子两端的电压变化很小,Zener Diode,电学特性:,稳压误差,发射结,集电结,Collector,Base,Emitter,发射区：掺 杂浓度较高,基区：较薄,集电区,8.3.2 三极管,Transistor,NPN型,PNP型,Collector,Base,Emitter,IC =,IB=,讨论三机极管的电学特性,晶体管的输出特性,温度对晶体管特性的影响,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 U

8、on IB UBE,8.3.3 二极管、稳压管、三极管最基本的应用,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,构成晶体管放大电路,放大电路将在学完数字电路后讲述,(4) 输出电压平均值（Uo）：,(1) 输出电压波形：,(3) 二极管上承受的最高电压：,(2) 二极管上的平均电流：,ID = IL,1、单相半波整流,一、二极管的应用,若Ui=220V, RL=10 要买一个什么样的管子 ?,diode,1、单相半波整流,ui,uR,t,2、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,桥式整流电路,u2正半周时电流通路,桥式整流电路,u0,RL,u2负半周时电流通路,uo,u2,整流电路 加电容滤波,3、限幅,10v,5v,t,c,ui,uo,4、峰值采样,uo,t,已知：稳压管的技术参数:,负载电阻 。,问：当输入电压发生20%波动时，负载上的电压uo会如何变