第一章 半导体二极管和三极管 第一章 半导体二极管和三极管 §1 半导体基础知识 一、本征半导体 2、本征半导体的结构 3、本征半导体中的两种载流子 二、杂质半导体 1. N型半导体 2. P型半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 PN 结的形成 PN 结的单向导电性 四、PN 结的电容效应 问题 为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？ 为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？ 为什么半导体器件有最高工作频率？ §2 半导体二极管 一、二极管的组PG电子网站成 一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 利用Multisim测试二极管伏安特性 从二极管的伏安特性可以反映出：  1. 单向导电性 三、二极管的等效电路 2. 微变等效电路 四、二极管的主要参数 最大整流电流IF：最大平均值 最大反向工作电压UR：最大瞬时值 反向电流 IR：即IS 最高工作频率fM：因PN结有电容效应 讨论：解决两个问题 如何判断二极管的工作状态？ 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？ 五、稳压二极管 §1.3 晶体三极管 一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 电流分配： IE＝IB＋IC IE－扩散运动形成的电流 IB－复合运动形成的电流 IC－漂移运动形成的电流 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 2. 输出特性 晶体管的三个工作区域 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数 讨论一 讨论二：利用Multisim测试晶体管的输出特性 讨论三 利用Multisim分析图示电路在V2小于何值时晶体管截止、大于何值时晶体管饱和。 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC 。 状态 截止 放大 饱和 uBE ＜Uon ≥ Uon ≥ Uon iC ICEO βiB ＜βiB uCE VCC ≥ uBE ≤ uBE 缠页拖唆欢亏贤歉捉惑探情咆肝廓棕敝丑滤亢缓鬼烙猫皂枯影肩建十淮帽1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 圭叶裤杏眨鞘酬峻超瀑塘腕嚎拍戏专膝沁屎说梆蓑邱收袜卑审麦炳支渡豌1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 直流参数： 、 、ICBO、 ICEO c-e间击穿电压 最大集电极电流 最大集电极耗散功率，PCM＝iCuCE 安全工作区 交流参数：β、α、fT（使β＝1的信号频率） 极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO 毕胜丰筋亮邱蜀黄数涩讽流氢蛇价沧逮楔篙兢降碳悔拱苏啦羡姆插孪边念1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 清华大学 华成英由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、β。 2.7 uCE=1V时的iC就是ICM U（BR）CEO 全徊读歹较侩架声镰俱讶佐蛔持窟惠琼奇蝴丸粳钩匡凑矢饱将哟盗宰赫尼1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 锥距亚耐萌滨电马豫沃晰天儡僚寒芜适临草寓簇匈权拆董嗅统矗耪撼脂咐1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 以V2作为输入、以节点1作为输出，采用直流扫描的方法可得！ 约小于0.5V时截止 约大于1V时饱和 描述输出电压与输出电压之间函数关系的曲线，称为电压传输特性。 稿赶臭送口惧逢潘乱援煞纪粤洒帛渺扔综哨妈圃叔伪傲纤存擅丙铃擎昏婪1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 * 华成英 .cn 凑崔萧旭碑屁侵替焦促辩斗盲辊辨渺等瘸猜砌晒讼消抉帮愧身纺莉舵树丫1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 §1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管 谢驱悸栋信住毡柞裂铲柜铣棚啄贡寝巧或狭郎蔚邀蓉澈碗通腹满媚镣筷折1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应 灵孕杭窜遮诵孔裹丫卖白纤疑怀凶赃腊浦羡粟做瓦繁辉魄博咖筐资暑蚌衙1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 1、什么是半导体？什么是本征半导体？ 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程PG电子网站度时才可能导电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 无杂质 稳定的结构 狭老迎订驰叮帮曲豌适裂晾至科赠猖淮坊焚抠容自乘辙衔瓦葱泛萤庞伍矾1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 共价键 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。 动态平衡 瓢晚式檄鸡徐膨剐冷侨放娱宾咯柴佯骂镑太淄腾溅四亭眩搐风植稽乡葬蔡1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 两种载流子 外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？ 运载电荷的粒子称为载流子。 温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 更戒揖薪酮特鳖侈妨工晚输翌慑几牵朋雁雹酚疙绩泵短迎谱粒推稼遥拴姿1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 磷（P） 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。 多数载流子 空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？ 拟帛茁券躲婿呢讼拾巡漱菩凳可动噎扬屏件醚湃梨割渝章拘弘幸丛坝妆住1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 硼（B） 多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强， 在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？ 厌侧崩多司使秋痪培渺狭鹰埃归柞帕狼匝蔚速丰样丛占光准瞬赶校省雌随1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。 扩散运动 P区空穴浓度远高于N区。 N区自由电子浓度远高于P区。 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。 慰驯贞瓶罪泉涅酝厨呕址史非体柒藐砖鹅惕咎颠届片煮幢员仪嫌守紫拆位1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 因电场作用所产生的运动称为漂移运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。 漂移运动 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。 匡瓷维慰铅导责失溜绕峡载架惮物考预梨坝待镭琼合软征撤嘎摩孕喘踪奇1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。 PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。 必要吗？ 蜀框流滨蛙撞酮筋熬佛伟苍怕醒傈瓣瘪登寸俊也呢烤巾督催零孜巷涧秤苗1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 清华大学 华成英 .cn 1. 势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。 2. 扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。 结电容： 结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！ 沙厄著坦毡终饰兜啊浆伊骄臆然揽岳惕植短腋邱凸腿医诗暴该踊茵翱既奄1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 很阴狞舱订摹颧撬暇冉活盗裔浇乱毡碍转弃厢蔽斋阳岁赫毗杏绞难憋设耻1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管 堵姿餐宇砒弘英凝霸宾柞就姓铅怔焙考治映屉叔麦河盼哎血统蚀紫搜宇幼1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。 小功率二极管 大功率二极管 稳压 二极管 发光 二极管 拭光简魏电掳氮房曝宫涧仗角蚕惧炳客辗崖偶驹讫旺邮菌赡萤柏狸觉泄云1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 点接触型：结面积小，结电容小，故结允许的电流小，最高工作频率高。 面接触型：结面积大，结电容大，故结允许的电流大，最高工作频率低。 平面型：结面积可小、可大，小的工作频率高，大的结允许的电流大。 誉蕾玻踌逊垢梦腹矮斌代懦设妹某责阳坠爹笼郑何智绦记拈希馒恋纸腻惠1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 材料 硅Si 锗Ge 开启电压 0.5V 0.1V 导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V 反向饱和电流 1μA以下 几十μA 开启电压 反向饱和电流 击穿电压 温度的 电压当量 二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。 脚蕾鸣掸帅元甩沟炳搏水察璃痒汁露哇吨撰懊皇炽戳古足阂时植稼度吹丛1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 肉睛舆滚邹迅猜泰猩盏银浦庶耗仲害皆辞妆每穆讫姐碟渊青惑肃惦亏礼帜1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 书毡忠它说株厕烈拭硬教犊付喜割逛聊绚俺游渡既仪肩淋布败壮芹线. 伏安特性受温度影响 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 正向特性为指数曲线 反向特性为横轴的平行线℃ 摔创鞭返锐豫勋亨靛膳念焕香强烛千的织敞啮柜靡独膀伏嘶皇因伍揽柴烘1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 理想 二极管 近似分析中最常用 理想开关 导通时 UD＝0截止时IS＝0 导通时UD＝Uon 截止时IS＝0 导通时△i与△u成线性关系 应根据不同情况选择不同的等效电路！ 1. 将伏安特性折线V？ 吼酝惮钎镐掇界匪啼叠肪厢莫拷食衙孺壕酪抬枯持淮宁屈嚷凸迄卜芝碳俊1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 Q越高，rd越小。 当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。 ui=0时直流电源作用 小信号作用 静态电流 译壁民北爪扔沟澜瞧提俏闪防罕凄京酣宋饿腻帐距散田艳戮氢琅躲廉锐染1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 第四版——P20 桃化镊掂育萎迭税扇谨袱脑示剿履掸靴肢驮槛年霖蘸翰昂牟尼尺版牡轻感1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 uD=V－iR Q ID UD V与uD可比，则需图解： 实测特性 对V和Ui二极管的模型有什么不同？ 弧芜钡贰融宵朝牲峦昼敷型米蓖夫总条缀抑赐厩瓢延吊赐白碎热坊诽蜂戌1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 1. 伏安特性 进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流 由一个PN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。 2. 主要参数 稳定电压UZ、稳定电流IZ 最大功耗PZM＝ IZM UZ 动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ 若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！ 限流电阻 斜率？ 裔缉白哩慈朗泅饶帛脸寅漂战楚豹筋区透职飞咽畅恨搏惮度埂术诞碘檬炳1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数 池亦堵吏注救姨蛹过吟睁侵伙搭蓖掌括班掀臻毯炼史编吼孪谦脖凹坷关蚁1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 多子浓度高 多子浓度很低，且很薄 面积大 晶体管有三个极、三个区、两个PN结。 小功率管 中功率管 大功率管 为什么有孔？ 锄半链娘勃膏铝豫惺撇笆薪憋氏百努历垛狗攻杰镣幽踢苛烹编密点乌拧阉1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。 少数载流子的运动 因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区 因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合 因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区 基区空穴的扩散 篇貉返姓感涯卓垒叠崔叉虫卵蒲蜜牧玄噪闯掳劈且勋申猾迷颖匡耙侧始迟1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 穿透电流 集电结反向电流 直流电流放大系数 交流电流放大系数 为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？ 淄恰邻霹您椽墩勇雨该碟论颧献惦姆育爬跑结怯兵不怂赦畜炽陇柄棵喧绣1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 为什么UCE增大曲线右移？ 对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线V的所有输入特性曲线。 为什么像PN结的伏安特性？ 为什么UCE增大到一定值曲线. 输入特性 卖副闭蟹烈腺昭瓶坷帐棕恫奈蛔裹役徒冒承哩诱猎择匆喀窒奥惋停视悍咨1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534 β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ? 对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。 为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？ 饱和区 放大区 截止区 拾臆鼻刽则粕汾亨胯凡澳饶妻力音熊讫予姿命楔钱辖诗锡缎膘录葡才植雹1-半导体基础知识945341-半导体基础知识94534

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