模電演示文稿第二章

1、模電演示文稿第二章第1頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四2.1 半導(dǎo)體的基本知識 一、半導(dǎo)體材料 二、半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 三、本征半導(dǎo)體 四、雜質(zhì)半導(dǎo)體第2頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。 一、半導(dǎo)體材料2.1半導(dǎo)體的基本知識第3頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四二、半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅晶體的空間排列2.1半導(dǎo)體的基本知識第4頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 二、半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅

2、和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)2.1半導(dǎo)體的基本知識第5頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 三、本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)?？昭ü矁r鍵中的空位。電子空穴對由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對。空穴的移動空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的。2.1半導(dǎo)體的基本知識第6頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四空穴的移動2.1半導(dǎo)體的基本知識第7頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四四、雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主

3、要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。 P型半導(dǎo)體摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。2.1半導(dǎo)體的基本知識第8頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 1. N型半導(dǎo)體 因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。 在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。 提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。2.1半導(dǎo)體的基本知識第9頁，共38頁，2

4、022年，5月20日，23點40分，星期四 2. P型半導(dǎo)體 因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。 在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成。 空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)。2.1半導(dǎo)體的基本知識第10頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 本節(jié)中的有關(guān)概念 自由電子、空穴 N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子 施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)2.1半導(dǎo)體的基本知識第11頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期

5、四2.2 PN結(jié)的形成及特性一、PN結(jié)的形成二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?三、PN結(jié)的反向擊穿 四、PN結(jié)的電容效應(yīng)第12頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四NP+-ENP+-一、PN結(jié)的形成2.2PN結(jié)的形成及特性第13頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四消弱內(nèi)建電場ENP+-ENP+-熱平衡（動態(tài)平衡）2.2PN結(jié)的形成及特性第14頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程: 因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

6、內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴散 最后,多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。 對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。 在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。 多子的擴散運動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 2.2PN結(jié)的形成及特性第15頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?當外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。 (1) PN結(jié)加正向電壓時PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況 低電阻 大的正向擴散電流PN結(jié)的伏安特性2.2PN結(jié)的形成及特性第16頁，共38頁，2

7、022年，5月20日，23點40分，星期四PN結(jié)的伏安特性 二、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?當外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。 (2) PN結(jié)加反向電壓時PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況 高電阻 很小的反向漂移電流 在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。 2.2PN結(jié)的形成及特性第17頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流； PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，

8、具有很小的反向漂移電流。 由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴６?、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.2PN結(jié)的形成及特性第18頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 二、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?(3) PN結(jié)V- I 特性表達式其中PN結(jié)的伏安特性IS 反向飽和電流VT 溫度的電壓當量且在常溫下（T=300K）2.2PN結(jié)的形成及特性第19頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 三、 PN結(jié)的反向擊穿 當PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿不可逆 雪崩擊穿 齊納擊穿 電擊穿可逆2.2PN結(jié)的形成及特性第20頁，

9、共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四2.3 半導(dǎo)體二極管一、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)二、二極管的伏安特性三、二極管的參數(shù)第21頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 一、 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1) 點接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖2.3半導(dǎo)體二極管第22頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四(3) 平面型二極管 往往用于集成電路制造藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路

10、中。(2) 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型(c)平面型(4) 二極管的代表符號 一、 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)2.3半導(dǎo)體二極管第23頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 二、 二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示硅二極管2CP10的V-I 特性鍺二極管2AP15的V-I 特性正向特性反向特性反向擊穿特性2.3半導(dǎo)體二極管第24頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 三、二極管的參數(shù)(1) 最大整流電流IF(2) 反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM(3) 反向電流IR(4) 正向壓降VF(5) 極間電

11、容CB2.3半導(dǎo)體二極管第25頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四半導(dǎo)體二極管圖片2.3半導(dǎo)體二極管第26頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四2.3半導(dǎo)體二極管第27頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四2.3半導(dǎo)體二極管第28頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四2.4 二極管基本電路及其分析方法一、二極管V- I 特性的建模二、應(yīng)用舉例第29頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 一、二極管V- I 特性的建模 1. 理想模型3. 折線模型 2. 恒壓降模型2.4二極管基本電路及其分析方

12、法第30頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 4. 小信號模型 二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性可以等效成一個微變電阻。即根據(jù)得Q點處的微變電導(dǎo)則常溫下（T=300K） 一、 二極管V- I 特性的建模2.4二極管基本電路及其分析方法第31頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四 應(yīng)用舉例 1. 二極管的靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k）（1）VDD=10V 時恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)（2）VDD=1V 時（自看）2.4二極管基本電路及其分析方法第32頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星

13、期四例2.4.2 提示 應(yīng)用舉例 2. 限幅電路2.4二極管基本電路及其分析方法第33頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四2.5 特殊二極管 2.5.1 穩(wěn)壓二極管第34頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四一、 穩(wěn)壓二極管1. 符號及穩(wěn)壓特性(a)符號(b) 伏安特性 利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)。2.5特殊二極管第35頁，共38頁，2022年，5月20日，23點40分，星期四(1) 穩(wěn)定電壓VZ(2) 動態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。rZ =VZ /IZ(3)最大耗散功率 PZM(4)最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作電流 IZmin(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)VZ2. 穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)一、 穩(wěn)壓