第一章半导体器件基础Word文件下载.docx

1、同时，又 由于正负电荷相吸引，自由电子和空穴复合。在一定温度下，当没有其它能量存在时，电子、空穴对的产生和复合最终达到一种热平 衡状态，使本征半导体中载流子的浓度保持一定。二、杂质半导体1、N 型半导体（Negative）在硅（或锗）的晶体中掺入少量的 5价杂质元素，如磷、锑、 砷等，即构成N型半导体（或称电子型半导体）。本征半导体掺入5 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。 杂质原子最外层有5个价电子，其中4个与硅构成共价键，多余一个电子 只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。自由电子浓度远大于空穴的浓度，所以电子称为多数载流子 （简称多子），空穴称为少数载流子（简称少

2、子），5价杂质原子称为施主原子。2、P型半导体（Positive在硅（或锗）的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、傢、铟 等。杂质原子代替了晶格中的某些硅原子，它的三个价电子和相邻 的四个硅原子组成共价键时，只有三个共价键是完整的，于是自然 会出现空穴。P型半导体中，空穴浓度多于电子浓度，空穴为多数载流子， 电 子为少数载流子，3价杂质原子称为受主原子 3、说明：a、 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。b、 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善c、 杂质半导体的表示方法如下图所示。（a）N型芋导体三、PN在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P

3、型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域 的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为 PN结。1、PN结中载流子的运动P区一侧多子是空穴，N区一侧多子是自由电子，所以在它们的交界面处存在空穴和电 子的浓度差，由此而引起的多数载流子的运动，称为 扩散运动。实际上，N区中的自由电子 向P区移动，这样在P区和N区分别留下了不能移动的 受主负离子和施主正离子。结果再界 面的两侧形成了由正负离子组成的 空间电荷区，同时产生一个内电场2、扩散与漂移的动态平衡0苗Q於0p ； 区 ! NQ W M! K!在内电场的作用下少数载流子的运动称为 漂移运动。随着扩 散运动的不断增强，界面两侧显露的正、负离子逐渐增多

4、，空间 电荷区展宽，内电场不断增强，漂移运动随之增强。当扩散力被电场力抵消时，扩散和漂移运动达到动态平衡，通过界面的净载流子数为零。平衡时，空间电荷区的宽度一定，由于空间电荷区没有载流 子，所以空间电荷区又称 耗尽区（层）。又因为内电场对扩散有阻挡作用，所以又称空间电荷 区为阻挡区或势垒区3、 PN结的单向导电性PN结外加正向电压时处于导通状态，又称正向偏置，简称正偏。在 PN结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。PN结外加反向电压时处于截止状态（反偏）。反向接法时，外电场与内电场的方向一致， 增强了内电场的作用；外电场使空间电荷区变宽，不利于扩散运

5、动，有利于漂移运动，漂移 电流大于扩散电流，电路中产生反向电流 I。由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。4、 PN结的电流方程PN结所加端电压u与流过的电流i的关系为：i 二 ls（e%T-1）I s：反向饱和电流 U T :温度的电压当量5、PN结的伏安特性：i = f （u ）之间的关系曲线t/ mAu 604020-25正向特性丄（BR）Qt0Q4死区电压反向特性（1）、正向特性：正向电压只有超过某一数值时，才有 明显的正向电流。这一电压称为 导通电压 或死区电压，用Uon（2）、反向特性：二极管加反向电压会产生反向电流Is。当反向电压太大，电流会突然增加，这一现象称为极管的反向

6、击穿6、PN结的电容效应当PN结上的电压发生变化时，PN结中储存的电荷量将随之发生变化，使 PN结具有电 容效应。电容效应包括两部分：势垒电容和扩散电容。1势垒电容Cb势垒电容是由PN结的空间电荷区变化形成的，其大小可用下式表示:c/SdU l；:半导体材料的介电比系数；S :结面积；l :耗尽层宽度。由于PN结的宽度I随外加电压u而变化，因此势垒电容不是一个常数如图示。2、扩散电容Cd扩散电容是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。在某个正向电压下，P区中的电子浓度np分布曲线如图中曲线1所示 当电压加大，np会升高，如曲线2所示。正向电压变化时，变化载流子积累电荷量发生变化，相当于电容器充

7、电 和放电的过程。当加反向电压时，扩散运动被削弱，扩散电容的作用可忽略。Cb = f （U）曲线O xPN结总的结电容Cj包括势垒电容Cb和扩散电容Cd两部分。一般来说，当二极管正向偏 置时，扩散电容起主要作用，即可以认为 Cj Cd ;当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可 以认为Cj ” Cb。Cb和Cd值都很小，通常为几个皮法至几十皮法，有些结面积大的二极管可达几百皮法。 在信号频率较咼时，须考虑结电容的作用。第二节半导体二极管正极引钱钳合金小球负极引线引线卿、二极管的结构和符号在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管，二极管按结构分有点接触型、面接触 型和平面型。（1）、点接触型二极管

8、：PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。外壳 N型错片（2）、面接触型二极管：PN结面积大，用于工频大电流整流电路。（3）、平面型二极管：往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中（4）、二极管的代表符号PK6詡kpfl二、二极管的伏安特性和主要参数1、二极管的伏安特性与温度的影响二极管的伏安特性与PN结的伏安特性相同， 温度对二极管的影响如图。正向电流主要是扩散电流，温度对它的影响不 大。温度升高时，特性曲线向左稍稍移动；二极管截止时，反向的漏电流主要是少子漂移 电流，与温度关系较大，温度升高时，曲线向下移动2、二极管的主要参数（1）、最大整流电流I

9、f：它是二极管允许通过的最大正向平均电流，此值取决于 PN结的面积、材料和散热等情况。（2）、反向击穿电压Ubr和最高反向工作电压Urm :二极管允许的最大反向电压，通常取U RM（3）U、反向电流Ir :二极管未击穿时的反向电流值，此值越小，说明二极管的单向导电性 越好（4）、最高工作频率fM :它与PN结的电容有关，结电容越大，则允许的最高工作频率越 低。三、二极管等效电路1、二极管模型（1）、理想二极管模型：其主要特点是：二极管一旦正偏就导通，电压为零，而流过二极管的正向 电流由与之相连的外电路决定。二级管反偏时，反向电流为零。（2）、恒压源模型二极管导通时，二极管上的电压为Uon，流过

10、二极管的导通 电流由与之相连的外电路决定。（3）、折线化模型二极管正偏导通后，二极管电压电流呈现线性关系，斜率为 丸，反偏电流为零。rd为微变电阻。二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。四、稳压管利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时 工作在反向电击穿状态，反向电压应大于稳压电压。（1）稳定电压UZ在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电 压。动态电阻rZ最大耗散功率PZM最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin第三节晶体三极管双极型晶体管（Bipolar Junction TransistO又称半导体三极管、晶体三极管，或

11、简称晶体管。三极管有两种类型:NPN型和PNP型。下面主要以NPN型为例进行讨论一、晶体管的结构及类型1晶体管的结构及符号如图所示图中，箭头总在发射极上，总是由 P指向N;箭头的方 向就是晶体管工作时实际电流的方向。2、晶体管电流放大作用的结构要求内部结构要求：（1）、发射区高掺杂。p基区*集电区（2） 、基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。（3） 、集电结面积大。外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态， 而集电结处于反向偏置状态。平面墾（NPX）、晶体管内部载流子的运动 1发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到

12、发射区，形成发射极电流Ie （基区多子数目较少，空穴电流lEp可忽略）。2、 扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动，形成基极电流电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流 iBn，复合掉的空穴由Vbb补充。多数电子在基区继续扩散，至V达集电结的一侧。3、 集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流 lc集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成 集电极电流lCn，其能量来自外接电源Vcc。另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成 反向饱和电流Icb。、晶体管的电流分配关系1 C = 1 Cn 1 C B O1 B - 1 Ep 1 Bn 1 E - 1 Ep 1 Bn 1

13、Cn1 E - 1 B 1 C当晶体管中加入交流电时：ic =iE=（1 Jb其中为电流放大系数，它与晶体管的内部工艺结构密切相关； iC是某一时刻集电极总 电流，它可以分解成不变的直流分量Ic和随时间变化的交流分量ic四、晶体管的共射特性曲线1输入特性曲线晶体管的输入特性曲线是当Uce为常量时，晶体管基极电流iB与基极和发射极之间电压 Ube的关系:订=f（UBE）luCE = 常量（1） 、当Uce =0时，Ubc =Ube，此时晶体管中两个PN结（发射结和集电结）都正偏， 相当于两个并接在一起的二极管。（2） 、当Uce H1V，且Ucb =Uce-Ube 0时，发射结正偏，集电极反偏，集电区开始收集 电子，基区复合减少。输入特性曲线与 Uce =0时的曲线相比，有所右移，且不同 Uce的曲线 基本重合。并射杈放大电路巾/卩直2、输出特性曲线输出特性曲线是在基极电流iB