第一章基本半导体分立器件ok介绍

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晶体三极管1.4场效应管1.5单结晶体管和晶闸管……21.1半导体基础知识1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.3PN结3导体：电阻率小于10-4Ω.cm，很容易导电，称为导体.如铜、铝、银等金属材料；绝缘体：电阻率大于1010Ω.cm，很难导电，称为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；半导体：电阻率在10-3~109Ω.cm，导电能力介于导体和绝缘体之间，例如硅(Si)和锗(Ge)等半导体材料；半导体材料制作电子器件的原因?不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是在于半导体材料具有热敏性、光敏性和掺杂性。4半导体材料制作电子器件的原因?1、热敏性：是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加，例如纯净锗从20℃升高到30℃时，电阻率下降为原来的1/2；2、光敏性：半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性；例如硫化镉薄膜在暗处：电阻为几十MΩ。光照：电阻下降为几十KΩ3、掺杂性：是半导体导能力，因掺入适量的杂质而发生很大的变化，例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼杂质，电阻率下降到原来的几万分之一，利用这一特性，可以制造出不同性能不同用途的半导体器件。51、本征半导体的晶体结构把非常纯净的,原子结构排列非常整齐的半导体称为本征半导体。1.1.１本征半导体6硅原子电子数为14，最外层电子为四个。锗原子电子数为32，最外层电子为四个。常把原子核和内层电子数看作一个整体，称为惯性核。由于原子呈中性，惯性核带＋4单位正电荷。这样，惯性核和外层价电子构成一个简化的原子结构模型。硅(锗)的原子结构简化模型+4+14284+3228184硅(锗)的原子结构硅锗SiGe1.1.１本征半导体7+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键A．硅原子电子数为14，最外层电子为四个，是四价元素B、硅原子结合方式是共价键结合：(i)每个价电子都要受到相邻两个原子核的束缚;(ii)半导体的价电子既不象导体的价电子那样容易挣脱成为自由电子，也不象绝缘体中被束缚，所以其导电能力介于导体与绝缘体之间1、本征半导体的原子结构——共价键结合，以硅原子为例。1.1.１本征半导体8+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键2、本征半导体的激发与复合空穴自由电子空穴A、本征激发—电子、空穴对的产生B、电子与空穴的复合D、最后达到动态的平衡C、空穴是可以移动的，其实是共价键的电子依次填补空穴，形成空穴的移动1.1.１本征半导体9本征半导体小结：本征半导体带正电荷的空穴1、本征半导体中两种载流子：①.是带负电荷的自由电子；②.是带正电荷的空穴。2、本征半导体中电流由两部分组成：①.自由电子移动产生的电流。②.空穴移动产生的电流。带负电荷的自由电子103、温度越高，载流子的浓度越高，导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素。这是半导体的一大特点。4、本征激发产生的载流子数量很少，本征半导体导电能力很差。只有在本征半导体中掺入适量的杂质，才能极大提高其导电性能，成为杂质半导体，用于制造各种半导体器件。本征半导体浓度为书上P11，公式（1.1.1），自己看看。本征半导体小结：11在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加了。P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素(如硼)构成的杂质半导体。N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素(如磷)构成的杂质半导体。1.1.2杂质半导体121、N型半导体多余电子因不受共价键的束缚成为自由电子，同时磷原子就成为不能移动的带正电的离子，称为施主原子。另外N型半导体中还有少量的空穴，其浓度远小于自由电子的浓度，所以把自由电子称为多数载流子，空穴称为少数载流子，简称多子和少子。在本征半导体中掺入五价元素多余电子磷原子+N型硅表示1.1.2杂质半导体132、P型半导体P型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。当附近硅原子的外层电子由于热运动填补空穴时，硼原子成为不可移动的负离子。硼原子称为受主原子。在本征半导体中掺入三价元素空穴硼原子P型硅表示1.1.2杂质半导体143、杂质半导体的示意表示法++++++++++++++++++++++++N型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子浓度与所掺杂质浓度相等。整块的半导体仍为中性.－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体－－1.1.2杂质半导体15小结4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。16P型区N型区内建电场PN结(1)多子的扩散运动产生空间电荷区建立内电场(2)随着内电场由弱到强得建立,少子漂移从无到有,逐渐加强,而扩散运动逐渐减弱,形成平衡的PN结。1、PN结(PNJunction)的形成多子的扩散多子的扩散1.1.3PN结耗尽层问题：PN结是带正电，还是负电？172、PN结的单向导电性(1)正向偏置(forwardbias外加正向电压)(2)反向偏置(reversebias外加反向电压)1.1.3PN结18(1)、外加正向电压(正向偏置forwardbias)PN内电场外电场正向电流IFIF=I多子I少子I多子A、正向偏压的接法：P区接高电位，N区接低电位B、正向偏压削弱内电场，有利多子的扩散运动，使PN结空间电荷区变窄；C、正向偏压时，PN结为导通状态，外电路电流IF很大，PN结呈现的正向电阻很小RUI多子PN结为导通状态1.1.3PN结限流电阻19PN内电场IR=I少子0反向电流IRA、反向偏压的接法：P区接低电位，N区接高电位B、反向偏压内电场增强，不利多子扩散运动，有利于少子的漂移运动，形反向电流IR，IR很小，硅管为纳安数量级，锗管为微安数量级。C、反向偏压，使PN结空间电荷区变宽。D、反向偏压PN结为截止状态，外电路电流接近为O，PN结呈现的反向电阻很大(2)外加反向电压(反向偏置reversebias）限流电阻R外电场UI少子PN结为截止状态1.1.3PN结20PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，PN结截止。总结211.2半导体二极管(SemiconductorDiode)1.2.1半导体二极管的几种常见结构1.2.2二极管的伏安特性1.2.3二极管主要参数1.2.4二极管的等效电路1.2.5稳压二极管1.2.6其它类型二极管22构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型1、结构与类型阳极阴极1.2.1半导体二极管的几种常见结构23负极引线点接触型正极引线金属触丝N型锗片外壳负极引线面接触型N型锗PN结正极引线铝合金小球底座金锑合金正极引线负极引线平面型NP型支持衬底PPN结（常见二极管的结构和外型）2、特点与用途1.2.1半导体二极管的几种常见结构PN结面积小结电容小适用于高频电路和小功率整流工作频率高。不能通过较大的电流PN结面积大能通过较大的电流结电容大能在低频下工作一般仅作为整流管使用PN结面积可大可小视结面积的大小用于大功率整流和开关电路中2526伏安特性曲线通过二极管的电流随外加偏压的变化规律，称为二极管的伏安特性。以曲线的形式描绘出来，就是伏安特性曲线。正向偏压反向偏压IFUFVmAIRURVμA1.2.2二极管的伏安特性27IS击穿电压UBR图1.2.3二极管的伏安特性FISI锗管硅管0硅管锗管死区电压Uoni/mA正向电流104030200.20.60.41.00.8u/VUR/VIR/A反向电流反向电压正向电压1.2.2二极管的伏安特性伏安特性曲线导通电压:硅管0.6~0.8V,锗管0.1~0.3V死区（开启）电压Uon:硅管0.5V，锗管0.1V28IS击穿电压UBR图二极管的伏安特性FISI锗管硅管0硅管锗管死区电压Uoni/mA正向电流104030200.20.60.41.00.8u/VUR/VIR/A反向电流反向电压正向电压1、正向特性—加正向偏压uA、u较小时，i较小B、u大于死区电压时，i迅速增加，并按指数规律上升。C、当二极管电流变化很大时，二极管两端电压几乎不变，硅管约0.6~0.8V，锗管约0.1~0.3V，分别作为正向工作时两端直流压降得估算值。2、反向特性——加反向偏压URA、反向电流IR是少子漂移运动引起，所以数量小，几乎不变，又称为反向饱和电流IS。B、当温度升高，IS增加C、硅管IS小于1uA，锗管为几十到几百uA。3、击穿特性——当UR继续增大，并超过某一个特定电压值时，IR将急剧增大，这种现象称为击穿，这时对应的电压叫击穿电压UBR。1.2.2二极管的伏安特性伏安特性曲线291、最大整流电流IF指二极管在一定温度下，长期允许通过的最大正向平均电流2、最高反向工作电压UR指二极管工作时允许外加的最大反向电压。通常为击穿电压U(BR)的一半。FIRU1.2.3二极管的主要参数303、反向电流IR（反向饱和电流IS)这个值越小，则管子的单向导电性就越好。RI1.2.3二极管的主要参数314、结电容与最高工作频率fMPN结的电容效应(1)PN结加电压后，其空间电荷区会发生变化，这种变化造成的电容效应称为结电容。(2)结电容越大。二极管的高频单向导电性越差。(3)fM就是二极管仍然保持单向导电性的外加电压最高频率。PN1.2.3二极管的主要参数32IF/mA0.20.60.40.8UF/V5、二极管的温度特性C20oC50oC50oC75oC75oC20oT升高时，UD(on)以(22.5)mV/C下降,输入曲线左移当温度升高10C时，IR增加一倍IR/AUD(on)半导体具有热敏性，温度变化,使二极管参数发生变化，使二极管工作不稳定。IF/A1.2.3二极管的主要参数二极管是非线性器件，由二极管构成电路是非线性电路。分析困难用线性元件构成的电路来近似模拟二极管的特性二极管的等效电路多种等效电路，根据应用要求进行选择1.2.4二极管的等效电路34图1.2.4二极管的近似模型(1)理想模型A、正向导通，管压降为0，即UF=0，视二极管为短路；B、反向截止，电流为0，即IF=0，视二极管为开路阳极阴极阳极阴极ui阳极阴极理想二极管1.2.4二极管的等效电路35图1.2.4二极管的近似模型A、正向导通时二极管管压降为恒定值Uon：硅管0.7V锗管0.2VuiUon1.2.4二极管的等效电路B、反向截止，i=0(2)恒压降模型理想二极管361.1半导体基础知识1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.3PN结半导体材料制作电子器件的原因?是在于半导体材料具有热敏性、光敏性和掺杂性。复习页37本征半导体小结：1、本征半导体中两种载流子：①.带负电荷的自由电子；②.带正电荷的空穴。2、本征半导体中电流由两部分组成：①.自由电子移动产生的电流。②.空穴移动产生的电流。3、温度越高，载流子的浓度越高，导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素。4、本征激发产生的载流子数量很少，本征半导体导电能力很差。只有在本征半导体中掺入适量的杂质，才能极大提高其导电性能，成为杂质半导体，用于制造各种半导体器件。复习页38P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素(如硼)构成的杂质半导体。N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素(如磷)构成的杂质半导体。1.1.2杂质半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由