半导体器件精.pptx

1.本征半导体的结构本征半导体的结构 1.1 半导体基础知识 1.1.1 本征半导体及杂质半导体本征半导体及杂质半导体 硅和锗是四价元硅和锗是四价元素，它们分别与素，它们分别与周围的四个原子周围的四个原子的价电子形成共的价电子形成共价键。价键。2.电子空穴对电子空穴对 1.1 半导体基础知识 1.1.1 本征半导体及杂质半导体本征半导体及杂质半导体 本征半导体因本征半导体因热激发而出现热激发而出现自由电子和空自由电子和空穴，它们是成穴，它们是成对出现的。对出现的。3杂质半导体杂质半导体 N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入五价在本征半导体中掺入五价杂质，则形成杂质，则形成N型半导体，型半导体，电子为多数载流子，空穴电子为多数载流子，空穴为少数载流子，主要依靠为少数载流子，主要依靠电子导电。电子导电。1.1 半导体基础知识 3杂质半导体杂质半导体 P型半导体型半导体1.1 半导体基础知识 在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入三价杂质，则形成三价杂质，则形成P型半导体，空穴为多型半导体，空穴为多数载流子，电子为少数载流子，电子为少数载流子，主要依靠数载流子，主要依靠空穴导电。空穴导电。1.1.2 PN结结1PN结的形成结的形成 当当N型半导体和型半导体和P型半导体结合在一起时，由于交界处型半导体结合在一起时，由于交界处两侧载流子存在浓度差，引起扩散，结果在交界面的两侧载流子存在浓度差，引起扩散，结果在交界面的两侧形成了空间电荷区，空间电荷区产生一个内电场，两侧形成了空间电荷区，空间电荷区产生一个内电场，其方向由其方向由N区指向区指向P区，内电场不利于扩散，但有利于区，内电场不利于扩散，但有利于漂移，当扩散运动和漂移运动达到动态平衡，就形成漂移，当扩散运动和漂移运动达到动态平衡，就形成了一个稳定的了一个稳定的PN结。结。1.1 半导体基础知识 2PN结的单向导电特性结的单向导电特性1.1 半导体基础知识 PN结的单向导电性是指结在正向电压作用下导结的单向导电性是指结在正向电压作用下导通，在反向电压作用下截止。通，在反向电压作用下截止。PN结加正向电压结加正向电压 PN结加反向电压结加反向电压 1.2.1 二极管的结构二极管的结构 点接触型二极管点接触型二极管 点接触型二极管的结面积很小，所以不能通点接触型二极管的结面积很小，所以不能通过较大的电流；但结电容很小，所以适于做过较大的电流；但结电容很小，所以适于做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件。高频检波和脉冲数字电路里的开关元件。1.2 半导体二极管 1.2.1 二极管的结构二极管的结构 面接触型二极管面接触型二极管 1.2 半导体二极管 面接触型二极管的面接触型二极管的PN结面积大，可承受较大的电结面积大，可承受较大的电流，适用于整流电路；但结电容也大，不宜用于流，适用于整流电路；但结电容也大，不宜用于高频电路。高频电路。1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1正向特性正向特性 1.2 半导体二极管 当正向电压较小时，当正向电压较小时，外电场不足以克服内外电场不足以克服内电场的作用，正向电电场的作用，正向电流几乎为零，二极管流几乎为零，二极管截止；当正向电压超截止；当正向电压超过某一数值时，才有过某一数值时，才有明显的正向电流，这明显的正向电流，这时二极管导通。时二极管导通。1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 2反向特性反向特性 当反向电压小于击穿电当反向电压小于击穿电压时，反向电流很小，压时，反向电流很小，且基本不随反向电压的且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反变化而变化，此时的反向电流称反向饱和电流；向电流称反向饱和电流；当反向电压大于击穿电当反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增压时，反向电流急剧增加，这时二极管反向击加，这时二极管反向击穿。穿。1.2 半导体二极管 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1.2 半导体二极管 3温度对二极管伏安特性曲线的影响温度对二极管伏安特性曲线的影响 4晶体二极管电路的分析晶体二极管电路的分析 二极管电阻二极管电阻1.2 半导体二极管 直流电阻直流电阻交流电阻交流电阻4晶体二极管电路的分析晶体二极管电路的分析 二极管的等效电路二极管的等效电路1.2 半导体二极管 解：解：1.2 半导体二极管 例例1-1 二极管电路如图所示，已知二极管电路如图所示，已知 ，输入，输入为正弦波为正弦波 ，二极管的正向压降和反向，二极管的正向压降和反向电流均可忽略。试画出输出电压的波形。电流均可忽略。试画出输出电压的波形。1.2.3 二极管的参数二极管的参数 最大整流电流最大整流电流：二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。1.2 半导体二极管 最高反向工作电压最高反向工作电压：二极管工作时允许外加的最大反向电压。二极管工作时允许外加的最大反向电压。反向电流反向电流：二极管未击穿时的反向电流。二极管未击穿时的反向电流。最高工作频率最高工作频率 ：二极管工作时的上限频率。二极管工作时的上限频率。1.3.1 三极管的结构三极管的结构 1.3 半导体三极管 三极管具有电流放大作用的内部条件是：三极管具有电流放大作用的内部条件是：基区做得很薄，而且掺杂浓度低。基区做得很薄，而且掺杂浓度低。发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。集电区比发射区体积大，且掺杂浓度低。集电区比发射区体积大，且掺杂浓度低。1.3 半导体三极管 1.3.1 三极管的结构三极管的结构 1.3.2 三极管的工作原理三极管的工作原理 1.3 半导体三极管 三极管具有电流放大作用的外部条件是：三极管具有电流放大作用的外部条件是：1、发射结加正向电压；、发射结加正向电压；2、集电结加反向电压。、集电结加反向电压。1.3 半导体三极管 1.3.2 三极管的工作原理三极管的工作原理 1晶体管内部载流子的传输过程晶体管内部载流子的传输过程：2电流分配关系电流分配关系 3共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数 4共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数 5三极管共基极电流放大系数三极管共基极电流放大系数 1.3 半导体三极管 1.3.2 三极管的工作原理三极管的工作原理 1.3.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 1输入特性曲线输入特性曲线 1.3 半导体三极管 2.输出特性曲线输出特性曲线 1.3 半导体三极管 1.3.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 由输出特性曲线可以分为三个区域：由输出特性曲线可以分为三个区域：放大区放大区1.3 半导体三极管 1.3.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 截止区截止区 饱和区饱和区 发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。仅决定于仅决定于 ，而与，而与 无关。无关。发射结反偏，发射区不能发射电子，发射结反偏，发射区不能发射电子，各极电流为零。各极电流为零。发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。随随 增大而增大。增大而增大。不成立不成立 1.3.4 三极管的主要参数三极管的主要参数 1电流放大系数电流放大系数共射与共基电流放大系数的关系为：共射与共基电流放大系数的关系为：2极间反向电流极间反向电流3极限参数极限参数1.3 半导体三极管 1.4 场效应管 1.4.1 结型场效应管的结构和工作原理结型场效应管的结构和工作原理 N沟道场效应管沟道场效应管，是在一块，是在一块N型半导体的两侧通过高浓度型半导体的两侧通过高浓度扩散制造两个重掺杂（）型区，形成两个扩散制造两个重掺杂（）型区，形成两个PN结，将两个结，将两个区接在一起引出一个电极，称为栅极，在区接在一起引出一个电极，称为栅极，在N型半导体的两型半导体的两端引出源极（电子发源端）和漏极（电子接收端）。端引出源极（电子发源端）和漏极（电子接收端）。1.结构结构 栅源电压对沟道的控制栅源电压对沟道的控制1.4 场效应管 2工作原理工作原理 1.4.1 结型场效应管的结构和工作原理结型场效应管的结构和工作原理 1.4 场效应管 漏源电压对沟道的控制漏源电压对沟道的控制2工作原理工作原理 1.4.1 结型场效应管的结构和工作原理结型场效应管的结构和工作原理 1.4.2 结型场效应管的特性曲线和参数结型场效应管的特性曲线和参数 1特性曲线特性曲线 1.4 场效应管 (a)输出特性曲线输出特性曲线 (b)转移特性曲线转移特性曲线 1.4 场效应管 1.4.2 结型场效应管的特性曲线和参数结型场效应管的特性曲线和参数 2参数参数 时，时，。夹断电压夹断电压：当栅源电压：当栅源电压 饱和漏极电流饱和漏极电流：当：当所对应的漏极电流。所对应的漏极电流。直流输入电阻直流输入电阻：等于栅源电压与栅极电流的比值：等于栅源电压与栅极电流的比值 最大漏源击穿电压最大漏源击穿电压骤然增大的骤然增大的：使：使 低频跨导：低频跨导：最大漏极功耗最大漏极功耗1.4.3 增强型绝缘栅场效应管的结构和工作原理增强型绝缘栅场效应管的结构和工作原理 1N沟道增强型沟道增强型MOS管的结构管的结构1.4 场效应管 2工作原理工作原理 栅源电压的控制作用栅源电压的控制作用1.4 场效应管 1.4.3 增强型绝缘栅场效应管的结构和工作原理增强型绝缘栅场效应管的结构和工作原理 当栅源电压为零时，漏源之间相当两个背当栅源电压为零时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，不存在导电沟道靠背的二极管，不存在导电沟道；当栅极电压超过某一临界值后，在靠近栅当栅极电压超过某一临界值后，在靠近栅极下方的极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成可以形成N沟道，因其与沟道，因其与P型半导体的载流子型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层，使沟道刚刚形空穴极性相反，故称为反型层，使沟道刚刚形成的栅成的栅源电压的临界值称为开启电压源电压的临界值称为开启电压。1.4 场效应管 1.4.3 增强型绝缘栅场效应管的结构和工作原理增强型绝缘栅场效应管的结构和工作原理 2工作原理工作原理 漏源电压对漏极电流的控制作用漏源电压对漏极电流的控制作用当漏源电压较小时，沟道呈斜线分布，漏极电流取决于漏源电压当漏源电压较小时，沟道呈斜线分布，漏极电流取决于漏源电压；当漏源电压增大到出现预夹断点后，再增加漏源电压，漏极电流基本不变。当漏源电压增大到出现预夹断点后，再增加漏源电压，漏极电流基本不变。1.特性曲线特性曲线 1.4 场效应管 1.4.4 增强型绝缘栅场效应管的特性曲线和参数增强型绝缘栅场效应管的特性曲线和参数 2.参数参数增强型场效应管的参数与结型场效应管基本相同，增强型场效应管的参数与结型场效应管基本相同，但不用夹断电压而用开启电压表征管子的主要性能。但不用夹断电压而用开启电压表征管子的主要性能。1.4 场效应管 1.4.4 增强型绝缘栅场效应管的特性曲线和参数增强型绝缘栅场效应管的特性曲线和参数 例例1-3电路及输出特性曲线如图所示，当电路及输出特性曲线如图所示，当时，场效应管输出电压的值为多少？。时，场效应管输出电压的值为多少？。解：解：1.4 场效应管 1.4.5 耗尽型绝缘栅场效应管的工作特点耗尽型绝缘栅场效应管的工作特点 栅源电压为零时，有导电沟道的管子称为栅源电压为零时，有导电沟道的管子称为“耗尽型耗尽型”场效应管。场效应管。1.4 场效应管 表表1-2 各种场场效应管的特性比较各种场场效应管的特性比较 1.4 场效应管 表表1-2 各种场场效应管的特性比较各种场场效应管的特性比较 1.4 场效应管 表表1-2 各种场场效应管的特性比较各种场场效应管的特性比较