半導體基本器件及應用電路

半導體基本器件及應用電路第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.1半導體材料及導電特性1.1.1

本征半導體1.1.2雜質(zhì)半導體1.1.3漂移電流與擴散電流引言返回第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.1半導體材料及導電特性返回第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.1.1

本征半導體返回第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.1.1

本征半導體（intrinsicsemiconductor）返回第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日E

g（二）本征激發(fā)和兩種載流子a:空穴帶正電量b：空穴是半導體中所特有的帶單位正電荷的粒子，與電子電量相等，符號相反c：空穴在價帶內(nèi)運動，也是一種載流子。在外電場作用下可在晶體內(nèi)定向移動空穴：自由電子載流子：帶單位負電空穴載流子：帶單位正電返回第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日（三）本征載流子（intrinsiccarrier）濃度

本征激發(fā)電子空穴E

g1電子空穴隨機碰撞復合（自由電子釋放能量）電子空穴對消失23本征激發(fā)動態(tài)平衡復合是電子空穴對的兩種矛盾運動形式。返回第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.1.2

雜質(zhì)半導體（donorandacceptorimpurities）

3.3X1012分之一返回第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日（一）N型半導體（NTypesemiconductor）

室溫T=300k+++++5返回第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日（二）P型半導體（Ptypesemiconductor）----返回第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日（三）雜質(zhì)半導體中的載流子濃度本征半導體中載流子由本征激發(fā)產(chǎn)生：ni=pi摻雜半導體中（NorP）→摻雜越多→多子濃度↑→少子濃度↓雜質(zhì)半導體載流子由兩個過程產(chǎn)生：雜質(zhì)電離→多子

本征激發(fā)→少子由半導體理論可以證明，兩種載流子的濃度滿足以下關系：1

熱平衡條件：溫度一定時，兩種載流子濃度積之，等于本征濃度的平方。N型半導體：若以nn表示電子（多子），pn表示空穴（少子）則有nn.pn=ni2P型半導體：pp表示空穴（多子），np表示電子濃度（少子）

Pp.np=ni22電中性條件：整塊半導體的正電荷量與負電荷量恒等。

N型：

No表示施主雜質(zhì)濃度，則：nn=No+pn

P型：NA表示受主雜質(zhì)濃度，

Pp=NA+np由于一般總有No>>pnNA>>np所以有N型：nn≈No

且：pn≈ni2/ND

P型：pp≈NAnp≈ni2/NA

多子濃度等于摻雜濃度少子濃度與本征濃度ni2有關，與溫度無關

隨溫度升高而增加，是半導體 元件溫度漂移的主要原因多子濃度少子濃度返回第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.1.3

漂移電流與擴散電流半導體中有兩種載流子：電子和空穴，這兩種載流子的定向運動會引起導電電流。引起載流子定向運動的原因有兩種：由于電場而引起的定向運動――漂移運動。（漂移電流）由于載流子的濃度梯度而引起的定向運動――擴散運動（擴散電流）（一）漂移電流（driftcurrent）

在電子濃度為n,空穴濃度為p的半導體兩端外加電壓V，在電場E的作用下，空穴將沿電場方向運動，電子將沿與電場相反方向運動：EV●●●●●○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●返回第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日(二）擴散電流（diffusioncurrent）光照

N型半導體x●●●●●●●○○○○○●●●n

(x)p

(x)載流子濃度熱平衡值熱平衡值x●●●●●●●○○○○○●●●●●●●●●●○○○○○●●●●●●●●●●○○○○○●●●返回第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日§1.2PN結(jié)原理1.2.2空間電荷區(qū)特點：1.2.1PN結(jié)的形成及特點返回第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日NP++++++++++++++++----------------§1.2PN結(jié)原理ENP++++++++++++++++----------------返回1.2.1PN結(jié)的形成及特點第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日一PN結(jié)的動態(tài)平衡過程和接觸電位消弱內(nèi)建電場ENP++++++++++++++++----------------ENP++++++++++++++++----------------熱平衡（動態(tài)平衡）返回第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.2.2空間電荷區(qū)特點：NP++++++++++++++++----------------Eρ電荷密度E電場強度φ電位qUФ內(nèi)建電位勢壘（電子勢能）qUФPN返回第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.3晶體二極管及應用1．3．2二極管的電阻1．3．3二極管的交流小信號等效模型1.3.4二極管應用電路1．3．1晶體二極管的伏安特性引言返回1．3．5穩(wěn)壓管1．3．6PN結(jié)電容1．3．7PN結(jié)的溫度特性1．3．8二極管主要參數(shù)第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.3晶體二極管及應用NP++++++++++++++++----------------E

晶體二極管的伏安特性返回第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.正向偏置，正向電流RUNP++++++++++++++++----------------UiDUφUφ-U擴散iDiDiDiD++__返回第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日NP++++++++++++++++----------------2.反向偏置，反向電流RUUiRNP++++++++++++++++----------------UФUФ+UiRiRiRiR++__返回第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日Si（二）伏安特性Ge

1.0iDuD●UON●UON返回第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日Si（二）伏安特性iR=-IsGeSiGeU(BR)U(BR)

1.0iDuD返回第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日Si（二）伏安特性iR=-IsSiGeGeU(BR)U(BR)

1.0iDuD二極管擊穿后端電壓幾乎不變，具有穩(wěn)壓特性。返回第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日IDQ●UDiDuDuD（忽略R上的電壓）1．3．2二極管的電阻返回第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日rdCJSi

1.0iDuD●●在低頻工作時，CJ可忽略。電路仿真1．3．3二極管的交流小信號等效模型返回第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日uiui1.3.4二極管應用電路1整流電路ui<0，二級管截止，iD=0，uo=0+uo-iDui>0，二級管導通，，uo=ui電路仿真2二極管限幅電路右圖為雙向的限幅電路如果設：二極管的開啟電壓UON=0.7V則有：|ui|<UON時，D1和D2都截止，回路中的電流iD=0，uo=ui。iD如果，ui>UON，D1導通D2截止，回路中的電流，利用二極管正向穩(wěn)壓特性，uo=UON

。如果，ui<-UON，D1截止D2導通，回路中的電流，uo=-UON

。uDiDUON電路仿真+uo-返回第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日ui二極管應用電路3二極管鉗位電路鉗位電路是一種能改變信號的直流電壓成分的電路，下圖是一個簡單的二級管鉗位電路的例子。uc=2.5Vuo設輸入信號ui為幅度+2.5V的方波信號，ui2.5V-2.5V當ui<0時，D導通，回路中的電流iD對電容C充電，由于rd較小，充電時間常數(shù)=C

rd很小，充電迅速，使:uc=ui=2.5V，uo=ui–uc=ui–2.5V=0而當ui>0時，D截止，iD=0，回路無法放電，使電容C的電壓保持uc=ui=2.5V，而輸出電壓：uo=ui+uc=ui+2.5V=5VVo5V電路仿真返回第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日IZminIZmax●UZIZΔUZ1．3．5穩(wěn)壓管返回第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日UiUZUDIZminIZmax●UZIZΔUZ電路仿真返回第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日IZminIZmax●UZIZΔUZrzIzUZUZ返回第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日返回第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日1．3．6PN結(jié)電容++++++++++++++++----------------RUU++__iR++++++++++++++++----------------C·CTUDuDrTCT返回第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日載流子濃度。。。。。。。。。。。。。。。。ΔQpΔQn.................

PNU+ΔU⊕⊕⊕⊕⊕⊕------。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。