模拟电子-半导体基础知识二极管.ppt

1、第1章常用半导体器件、1.1半导体基础知识、1.2半导体二极管、1.3晶体管、1.4场效应晶体管、1.1半导体基础知识、物理学中，根据材料的导电能力，可将它们分为导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。 硅原子、锗原子、硅和锗的最外层轨道上的4个电子称为价电子。 本征半导体的共价键结构束缚电子，在绝对温度T=0K下，所有的价电子都被共价键牢固地束缚，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力较弱，接近绝缘体。 一、本征半导体、本征半导体化学成分的纯半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度达到99.9999999%，经常被称为“9个9”。 这种现象也称为本征

2、激发，也称为热激发。 一旦温度上升或受到光的照射，束缚电子的能量就会变高，可以摆脱原子核的束缚，也有与电传导相关的成为自由电子的电子。 在产生自由电子、自由电子的同时，其原共价键上出现空位，称为空位。 可见本征激发同时产生电子空穴对。 施加能量越高(温度越高)，产生的电子空穴对越多。 与本征激励相反的现象复合，在某温度下本征激励和复合同时进行，取得了动平衡。 电子空穴对的浓度是一定的。 常温300K时：电子空穴对，自由电子带负电荷逆电场运动电子流，总电流，空穴带正电场运动电子流，本征半导体的导电性取决于施加能量：温度变化，导电性变化光的变化，导电性的变化。 导电机理、2 .杂质半导体、本征半导

3、体中导入了微量杂质元素的半导体称为杂质半导体。 在本征半导体中掺杂5价杂质元素，例如磷、砷等，称为n型半导体的1. N型半导体。 向n型半导体、多佑电子、磷原子、硅原子、多数载流子自由电子、少数载流子空位、施主离子、自由电子、电子空位对、本征半导体导入硼、镓等3价杂质元素。空穴、硼原子、硅原子、多数载流子空穴、少数载流子自由电子、受主离子、空穴、电子空穴对、2. P型半导体、杂质半导体示意图、多子电子、少子空穴、多子空穴、少子电子、少子浓度本征激发发生、PN键、空间电荷区域、多子扩散三. PN结及其单向导电性，1 . PN结的形成，动平衡：扩散电流漂移电流，总电流0，2.pn结的单向导电性，(

4、1)外部电场减弱内部电场，耗尽层变窄，扩散运动漂移运动，多子扩散形成正向电流I F，(2)施加反向电压电源外部电场增强内部电场，耗尽层扩大，漂移运动扩大，少子漂移形成逆电流I R，在一定温度下本征激励的少子浓度一定，因此，I R基本上与逆压施加的大小无关，称为逆饱和电流。 但是，IR与温度有关。 向PN结施加正向电压时，具有大的正向扩散电流，呈现低电阻，向PN结导通的PN结施加反向电压时，具有小的反向漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。 由此可以得出PN结具有单向导电性的结论。理论上推导PN结的伏安特性曲线及式，PN结的伏安特性曲线如图所示，为正偏压、IF (多子扩散)、IR (少子漂移)、反偏

5、压、反饱和电流、反击穿电压、反击穿、热击穿破坏PN结、电击穿可逆的up 其中k为波尔兹曼常数1.381023 q，电子电荷量1.6109 T，热力学温度相对于室温(相当于T=300 K )，UT=26 mV。 u0 uUT时，u|U T |时，4. PN结的电容效应，当施加电压变化时，耗尽层的宽度随之变化，也就是说，PN结中蓄积的电荷量像电容充放电那样变化。 (1)阻挡电容Cb、(2)扩散电容Cd，如果正向电压的施加不同，则PN结两侧堆积的少子数量和浓度梯度也不同，这相当于电容的充放电过程。 电容效应由交流信号明显表现，极间电容(结电容)、Cj=Cb Cd、1.2半导体二极管、二极管=PN结封

6、装引线、结构、符号、一、二极管的一些常见结构，(1)点接触型二极管、PN结面积小(3)集成PN结面积可以很小，用于高频整流和开关电路。 (2)面接触型二极管的PN结面积大，用于低频大电流整流电路。 半导体二极管的型号、根据国家标准的半导体器件型号的命名例如下：2AP9、2、二极管的伏安特性、硅：0.5 V锗：0.1 V、(1)正向特性、导通电压降、(2)反向特性、(2)最高反向工作电压UR、二极管硅为安(nA )级，锗为微安(a )级。 (4)最高工作频率fM、4 .二极管的等效电路，例如：1 .从伏安特性折线化的等效电路、理想二极管模型、正偏压、反偏压、串联电压源模型、U D二极管的导通电压

7、降。 硅管0.7V； 锗管0.3V。 二极管的折线近似模型、正偏压、反偏压、二极管的近似解析校正运算，例如，串联电压源模型、测定值9.32mA、相对误差、理想二极管模型、相对误差、0.7V，例如，二极管构成的限制电路如图所示(1)UI为4V的直流信号用理想的二极管串联电压源模型进行分析。 (2)如果ui是宽度为4V的交流三角波，则波形如图(b )所示，分别使用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模型对电路进行解析，描绘相应的输出电压波形。 解：用理想的二极管模型进行分析。 波形如图所示。 采用理想的二极管串联电压源模型进行分析，波形如图所示。 微变等效电路是一种小信号模型。 二极管的端子电压和电流在一定值附近微小变化时的模型。 动态电阻等效。 如图所示，2 .二极管的微变等效电路，当齐纳二极管在逆破坏状态下工作，工作电流IZ在Izmax和Izmin之间变化时，其两端的电压大致是常数、稳定电压、5、齐纳二极管，齐纳二极管被应用于逆破坏区域齐纳二极管的主要残奥仪表rZ=U /I rZ越小，反映稳定的管道破坏特性越陡峭。 (3)使电流IZmin稳定化，保证与稳定管破坏对应的电流，IZIZmin不能稳定化。(4)额定消耗功率PZM、稳定电压与最大稳定电流Izma