《電子技術基礎》課件-1 半導體基本知識

電子技術基礎1.半導體基本知識任務目標：1.

熟悉本征半導體；2.

熟悉雜質半導體；3.

掌握PN結及其單向導電性。一、本征半導體(intrinsicsemiconductors)1.半導體(semiconductor)共價鍵Covalentbond價電子晶體中的價電子與共價鍵+4+4+4+4+4+4+4+4+42.本征半導體(intrinsicsemiconductors)純凈的、不含雜質的半導體稱為本征半導體。共價鍵Covalentbond價電子晶體中的價電子與共價鍵+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半導體中的載流子+4+4+4+4+4+4+4+4+4帶正電的空穴hole帶負電的自由電子Freeelectron本征半導體中的兩種載流子：帶負電的自由電子和帶正電的空穴。本征載流子的濃度對溫度十分敏感+4+4+4+4+4+4+4+4+4電子-空穴對二、雜質半導體1.N型（或電子型）半導體(N-typesemiconductor)在本征半導體中摻入某種特定的雜質，就成為雜質半導體。在4價的硅或鍺中摻入少量的5價雜質元素，+5+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子失去自由電子的雜質原子固定在晶格上不能移動，并帶有正電荷，稱為正離子。+5+4+4+4+4+4+4+4+4多數(shù)載流子Majoritycarrier少數(shù)載流子Minoritycarrier2.P型半導體(P-typesemiconductor)在硅或鍺晶體中摻入少量的3價雜質元素，+3+4+4+4+4+4+4+4+4空位+3+4+4+4+4+4+4+4+4空穴多數(shù)載流子少數(shù)載流子三、PN結及其單向導電性1.PN結中載流子的運動-++++++++++++-----------空間電荷區(qū)內電場Uho又稱耗盡層，即PN結。最終擴散(diffusion)運動與漂移(drift)運動達到動態(tài)平衡，PN結中總電流為零。內電場又稱阻擋層，阻止擴散運動，卻有利于漂移運動。硅約為（0.6~0.8）V鍺約為（0.2~0.3）V擴散漂移-++++++++++++-----------2.PN結的單向導電性加正向電壓正向電流外電場削弱了內電場有利于擴散運動，不利于漂移運動?？臻g電荷區(qū)變窄+-U-++++++++++++-----------RE耗盡層內電場Uho-U外電場I加反向電壓稱為反向接法或反向偏置（簡稱反偏）+-U-++++++++++++-----------RE內電場

外電場Uho+U

空間電荷區(qū)外電場增強了內電場有利于漂移運動，不利于擴散運動。I動畫結論：PN結具有單向導電性：正向導通，反向截止。反向電流2.半導體三極管任務目標：1.熟悉三極管的結構；2.掌握三極管中載流子的運動和電流分配關系；

3.熟悉三極管的特性曲線；4.掌握三極管的主要參數(shù)。半導體三極管晶體管(transistor)

雙極型三極管或簡稱三極管制作材料：分類：它們通常是組成各種電子電路的核心器件。雙極型又稱為：硅或鍺NPN型PNP型一、三極管的結構三個區(qū)發(fā)射區(qū)：雜質濃度很高基區(qū)：雜質濃度低且很薄集電區(qū)：無特別要求發(fā)射結集電結集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)cbeNPN型三極管的結構和符號兩個PN結發(fā)射結集電結三個電極發(fā)射極

e基極

b集電極

c集電極

ccollector基極

bbase發(fā)射極

eemitterNPNRbRcEBECecb發(fā)射極電流二、三極管中載流子的運動和電流分配關系發(fā)射:發(fā)射區(qū)大量電子向基區(qū)發(fā)射。2.復合和擴散：電子在基區(qū)中復合擴散。3.收集：集電區(qū)將擴散過來的電子收集到集電極。同時形成反向飽和電流ICBO。IEICIBICNIENIBNICBO集電極電流基極電流RbRcEBECecbIEICIBICNIENIBNICBOIC

=

ICN+

ICBOIE

=

ICN+

IBNIEN

=

ICN+

IBNIE

=

IENIE

=

IC+

IB整理以上公式得：IB

=

IBN-

ICBOβ≈ICIBIE

=

IC+

IB當ICEO

<<

IC時，可得β稱為共射直流電流放大系數(shù)。ICEO

=（

1+β）ICBOICEO稱為穿透電流。IE=IC+IBIC

≈βIBIE=（1+β）IBβ=ΔICΔIBβ：共射交流電流放大系數(shù)。三、三極管的特性曲線1.輸入特性IB=f（UBE）UCE=

常數(shù)UCE=0VUCE=2V當UCE大于某一數(shù)值后，各條輸入特性十分密集，通常用UCE

>1

時的一條輸入特性來代表。UBE/ViB/μAO

三極管的輸入特性UBEib+-UCE=0VBBRbbec

三極管的輸入回路2.輸出特性iC/mAOuCE/ViB=80μА6040200IC=f(UCE)IB=常數(shù)飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)：IB≤0的區(qū)域，IC

≈0，發(fā)射結和集電結都反偏。2.

放大區(qū)：發(fā)射結正偏集電結反偏ΔIC=βΔIB

3.

飽和區(qū)：發(fā)射結和集電結都正偏，UCE較小，IC

基本不隨IB

而變化。當UCE=UBE

時，為臨界飽和；當UCE<UBE

時過飽和。截止區(qū)動畫（a）（b）（c）[例]判斷圖示各電路中三極管的工作狀態(tài)。0.7VVT0.3VRbRcECEBVTRbRcECVT四、三極管的主要參數(shù)2.反向飽和電流β=ΔICΔIBβ≈ICIBβ

共射直流電流放大系數(shù)

集電極和基極之間的反向飽和電流ICBO

集電極和發(fā)射極之間的穿透電流

ICEOICEO=（1+）ICBOβ兩者滿足1.電流放大系數(shù)

共射電流放大系數(shù)β3.極限參數(shù)a.集電極最大允許電流

ICMiC/mAOuCE/V三極管的安全工作區(qū)過流區(qū)集射反向擊穿電壓U(BR)CEO集基反向擊穿電壓U(BR)CBOICUCE=PCM過壓區(qū)安全工作區(qū)ICM過損耗區(qū)U(BR)CEOc.極間反向擊穿電壓b.集電極最大允許耗散功率

PCM下頁上頁首頁下頁上頁五、PNP型三極管PNP型三極管的放大原理與NPN型基本相同，但外加電源的極性相反。~VBBuiRbRcVT+-uoVCC~VBBuiRbRcVT+-uoVCC首頁3.場效應三極管任務目標：1.掌握結型場效應管；2.掌握絕緣柵場效應管；3.熟悉場效應管的主要參數(shù)。場效應三極管的分類：分類：結型場效應管絕緣柵場效應管增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道N溝道P溝道P溝道一、結型場效應管1.結構N型溝道耗盡層GDSGDSP+P+N溝道結型場效應管的結構和符號柵極漏極源極2.工作原理UGS=0UGS<0UGS=UGS(off)⑴

當UDS=0

時，UGS對耗盡層和導電溝道的影響。ID=0ID=0N型溝道GDSP+P+N型溝道GDSP+P+GDSP+P+IS=IDIDISIDISUGS=0，UDG<|UGS(off)|UGS<0，UDG<|UGS(off)|⑵.當UDS＞0

時，UGS對耗盡層和ID的影響。NP+P+VGGVDDGDSNP+P+VDDGDS溝道較寬，ID

較大。溝道變窄，

ID

較小。NP+P+IDISVGGVDDP+P+IDISVGGVDDUGS<0，UDG=|UGS(off)|，UGS≤

UP

，UDG

>

|UGS(off)|，ID≈0，導電溝道夾斷。ID更小，導電溝道預夾斷。3.特性曲線⑴.轉移特性曲線ID=f（UGS）|UDS=常數(shù)GDSmAVVIDVGGVDD場效應管特性曲線測試電路Ｎ溝道結型場效應管轉移特性

IDSSUP飽和漏極電流UGS/VID/mAO⑵.輸出特性曲線ID=f（UDS）|UGS=常數(shù)預夾斷軌跡可變電阻區(qū)恒流區(qū)擊穿區(qū)|UGS(off)|8VIDSSUGS=0-4-2-6-8ID/mAUDS/VO|UDS-UGS|=|UP|可變電阻區(qū)：恒流區(qū)：又稱飽和區(qū)N溝道結型場效應管的漏極特性夾斷區(qū)：夾斷電壓擊穿區(qū)：二、絕緣柵場效應管1.N溝道增強型MOS場效應管⑴

結構P型襯底N+N+BSGDSiO2鋁SGDBP型襯底N+SGDBN+⑵

工作原理N型溝道UGS>UT時形成導電溝道VGGUDS對導電溝道的影響IDP型襯底N+N+SGDBVGGN型溝道VDDUDS對導電溝道的影響⑶

特性曲線IDOUT2UT預夾斷軌跡可變電阻區(qū)恒流區(qū)ID/mAUDS/VOUGS/VID/mAO截止區(qū)2.N溝道耗盡型MOS場效應管GDSBP型襯底N+N+SGDBN型溝道++++++耗盡型：UGS

=0

時有導電溝道。增強型：UGS

=