常用半导体器件演示文稿课件.ppt

1、常用半导体器件常用半导体器件 主要内容：主要内容：1-11-1半导体基础知识半导体基础知识 1-21-2半导体二极管半导体二极管 1-31-3双极型晶体管双极型晶体管 1-41-4场效应管场效应管1-11-1半导体基础知识半导体基础知识一、本征半导体一、本征半导体 纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。1.1.半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。大多数半导体器件所用的主要材料是大多数半导体器件所用的主要材料是硅（硅（SiSi）和锗（和锗（GeGe）。2.2.结构结构原子结构原

2、子结构1-11-1半导体基础知识半导体基础知识晶体结构晶体结构原子原子规则规则排列排列形成形成共价键共价键1-11-1半导体基础知识半导体基础知识3.3.本征激发和两种载流子本征激发和两种载流子1 1）本征激发本征激发 共价键共价键T=0K T=0K 无载流子无载流子 束缚价电子束缚价电子 部分价电子部分价电子 自由电子自由电子光、热作用光、热作用 摆脱共价键摆脱共价键 获得足够能量获得足够能量 空位空位称空穴称空穴本征激发本征激发：指半导体在加热或光照作用下，：指半导体在加热或光照作用下，产生电子产生电子空穴对空穴对的现象。的现象。1-11-1半导体基础知识半导体基础知识2 2）载流子载流子

3、 电场作用电场作用自由电子自由电子 定向运动定向运动 形成电子电流形成电子电流 电场作用电场作用空穴空穴 填补填补空空穴的价电子作定向运动穴的价电子作定向运动 形成形成空空穴电流穴电流两种载流子：带负电荷的自由电子两种载流子：带负电荷的自由电子 电场电场 电子电流电子电流 极性相反极性相反 电流方向同电流方向同 带正电荷的带正电荷的空空穴穴 空穴电流空穴电流 运动方向相反运动方向相反1-11-1半导体基础知识半导体基础知识4.4.本征半导体中载流子的浓度本征半导体中载流子的浓度复合复合：运动中的电子重新被共价键束缚起来，：运动中的电子重新被共价键束缚起来，电子空穴对消失电子空穴对消失。本征激发

4、本征激发 T T一定一定 复合复合 动态平衡动态平衡 ni=pi=K1T3/2e-EGO/(2kT)本征半导体特点：本征半导体特点：1 1）导电能力弱）导电能力弱 2 2）热不稳定性）热不稳定性 热敏元件、光敏元件热敏元件、光敏元件1-11-1半导体基础知识半导体基础知识二、杂质半导体二、杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质元素，成为杂质半导体。在本征半导体中掺入微量的杂质元素，成为杂质半导体。1.N1.N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入少量少量五价五价元素原子，称为元素原子，称为电子半导体或电子半导体或N N型半导体。型半导体。多数载流子：电子多数载流子：电子少数载流

5、子：空穴少数载流子：空穴 np1-11-1半导体基础知识半导体基础知识2.P2.P型半导体型半导体 在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入少量少量三价三价元素原子，称为元素原子，称为空空穴半导体或穴半导体或P P型半导体。型半导体。多数载流子：多数载流子：空空穴穴少数载流子：电子少数载流子：电子 pn 1-11-1半导体基础知识半导体基础知识三、三、PNPN结结 将将P P型半导体与型半导体与N N型半导体制作在同一块硅片上，型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成在它们的交界面就形成PNPN结。结。1.PN1.PN结结的形成的形成漂移运动：漂移运动：载流子在电场作用下的定向运动。载流子

6、在电场作用下的定向运动。扩散运动：扩散运动：由于浓度差引起的非平衡载流子的运动。由于浓度差引起的非平衡载流子的运动。1-11-1半导体基础知识半导体基础知识 多多子子扩散扩散 形成空间电荷区形成空间电荷区 建立内电场建立内电场 少子漂移少子漂移 方向相反方向相反动态平衡动态平衡I j=01-11-1半导体基础知识半导体基础知识2.PN2.PN结的结的单向导电性单向导电性1 1）PNPN结外加结外加正向正向电压时电压时处于处于导通导通状态状态 外电场与内电场外电场与内电场的方向相反，空间电的方向相反，空间电荷区变窄，内电场被荷区变窄，内电场被削弱，多子扩散得到削弱，多子扩散得到加强，少子漂移将被

7、加强，少子漂移将被削弱，扩散电流大大削弱，扩散电流大大超过漂移电流，最后超过漂移电流，最后形成较大的正向电流。形成较大的正向电流。1-11-1半导体基础知识半导体基础知识2 2）PNPN结外加结外加反向反向电压时电压时处于处于截止截止状态状态外电场与内电场方向一致，空间电外电场与内电场方向一致，空间电荷区变宽内电场增强，不利于多子荷区变宽内电场增强，不利于多子的扩散，有利于少子的漂移。在电的扩散，有利于少子的漂移。在电路中形成了基于少子漂移的反向电路中形成了基于少子漂移的反向电流。由于少子数量很少，因此反向流。由于少子数量很少，因此反向电流很小。电流很小。结论：结具有单向导电性，结论：结具有单

8、向导电性，即正偏导通，反偏截止。即正偏导通，反偏截止。1-11-1半导体基础知识半导体基础知识3.PN3.PN结的结的电流方程电流方程)1e(IsikTqu)1e(IsiTUu令:u uT T=kT/qkT/q 称温度电压当量T=300K时，u uT T=26mV =26mV 1-11-1半导体基础知识半导体基础知识4.PN4.PN结的伏安特性结的伏安特性u0，正向特性:uUT,指数特性u0，反向特性:u-UT，i-Is TUuIsei u UBR，击穿特性:齐纳击穿、雪崩击穿1-11-1半导体基础知识半导体基础知识4.PN4.PN结的电容效应结的电容效应1 1）.势垒电容（势垒电容（C Cb

9、 b)1-11-1半导体基础知识半导体基础知识2 2）.扩散电容扩散电容 (C Cd d)C Cj j=C Cb b+C+Cd d1-21-2半导体二极管半导体二极管一、二极管的构成及类型一、二极管的构成及类型1.1.构成构成PNPN结结+管壳管壳+引线引线1-21-2半导体二极管半导体二极管2.2.类型类型1-21-2半导体二极管半导体二极管二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性1.1.二极管和二极管和PNPN结伏安特性的区别结伏安特性的区别开启电压开启电压 U Uonon2.2.温度对二极管伏安特性的影响温度对二极管伏安特性的影响1-21-2半导体二极管半导体二极管三、二极管的主要参数三

10、、二极管的主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流I IF F2.2.最高反向工作电压最高反向工作电压U UR R3.3.反向电流反向电流I IR R4.4.最高工作频率最高工作频率f fM M1-21-2半导体二极管半导体二极管四、二极管的等效电路四、二极管的等效电路1.1.由伏安特性折线化得到的等效电路由伏安特性折线化得到的等效电路1-21-2半导体二极管半导体二极管2.2.二极管的二极管的微变等效微变等效电路电路1-21-2半导体二极管半导体二极管五、五、稳压二极管稳压二极管 稳压管是一种稳压管是一种特殊的面接触型半特殊的面接触型半导体硅二极管。导体硅二极管。1.1.稳压管的伏安特性稳压

11、管的伏安特性 1-21-2半导体二极管半导体二极管2.2.稳压管的主要参数稳压管的主要参数1).1).稳定电压稳定电压 UzUz2).2).稳定电流稳定电流 IzIz3 3）.额定功耗额定功耗 P PZMZM4 4）.动态电阻动态电阻r rz z5 5）.温度系数温度系数 1-31-3双极型晶体管双极型晶体管一、晶体管的结构及类型一、晶体管的结构及类型双极型晶体管（双极型晶体管（BJTBJT）又称晶体三极管、半导体三极管，简称又称晶体三极管、半导体三极管，简称晶体管。晶体管。1-31-3双极型晶体管双极型晶体管一、晶体管的结构及类型一、晶体管的结构及类型晶体管的结构示意图晶体管的结构示意图晶体

12、管的符号晶体管的符号构成：三个区、三个极、两个结构成：三个区、三个极、两个结1-31-3双极型晶体管双极型晶体管二、晶体管的电流放大作用二、晶体管的电流放大作用1-31-3双极型晶体管双极型晶体管1.1.晶体管内部载流子的运动晶体管内部载流子的运动1).1).发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流I IE E2 2）扩散到基区的自由电子与孔穴的复合运动形成基极电流扩散到基区的自由电子与孔穴的复合运动形成基极电流I IB B3 3）集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流I IC C2 2、晶体管的电流分配关系、晶

13、体管的电流分配关系IE=IEN+IEP=ICN+IBN+ICBOIC=ICN+ICBOIB=IBN+IEP-ICBO =IB，-ICBO又：IE=IC+IB1-31-3双极型晶体管双极型晶体管3 3、晶体管的共射电流放大系数、晶体管的共射电流放大系数1）定义：BCNII共射共射直流直流电流放大系数电流放大系数CEOBCBOBCIII)1(IIBCIIBEI)1(I2）定义：BCii共射共射交流交流电流放大系数电流放大系数容易证明：容易证明：1-31-3双极型晶体管双极型晶体管3）定义：ECNII共共基基直流直流电流放大系数电流放大系数CBOECIII14）定义：ECii共基共基交流交流电流放大

14、系数电流放大系数容易证明：容易证明：1或或1-31-3双极型晶体管双极型晶体管三、晶体管的共射特性曲线三、晶体管的共射特性曲线1.1.输入特性曲线输入特性曲线常数CEuBEB)u(fi1-31-3双极型晶体管双极型晶体管三、晶体管的共射特性曲线三、晶体管的共射特性曲线1.1.输出特性曲线输出特性曲线常数BICEC)u(fi1-31-3双极型晶体管双极型晶体管1.1.输出特性曲线输出特性曲线1 1）.截止区截止区0IuuuuBBECEonBE且2 2）.放大区放大区BCBCBECEonBEIi,Iiuuuu且3 3）.饱和区饱和区BCCCEBECEonBEIiiuuuuu，且1-31-3双极型晶

15、体管双极型晶体管四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数1.1.直流参数直流参数1 1）共射直流电流放大系数）共射直流电流放大系数BCBCEOCIIIII2 2）共基直流电流放大系数）共基直流电流放大系数ECII3 3）极间反向电流）极间反向电流集基极反向截止电流集基极反向截止电流I ICBOCBO 集射极反向截止电流集射极反向截止电流I ICEOCEO 2.2.交流参数交流参数1 1）共射交流电流放大系数）共射交流电流放大系数 常数CEUBCii2 2）共基交流电流放大系数）共基交流电流放大系数常数CBUECii3 3）特征频率）特征频率f fF FTf11-31-3双极型晶体管双极型晶体管

16、3.3.极限参数极限参数1 1）最大集电极耗散功率）最大集电极耗散功率 P PCMCM 2 2）最大集电极电流）最大集电极电流 I ICMCM 3 3）极间反向击穿电压）极间反向击穿电压集基极反向击穿电压集基极反向击穿电压 U UCBOCBO 集射极反向击穿电压集射极反向击穿电压 U UCEOCEO射基极反向击穿电压射基极反向击穿电压 U UEBOEBO 1-31-3双极型晶体管双极型晶体管五、温度对晶体管特性及参数的影响五、温度对晶体管特性及参数的影响1.1.温度对温度对I ICBOCBO的的影响：影响：温度每升高温度每升高10100 0C,IC,ICBOCBO增加约一倍。增加约一倍。2.2

17、.温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响 3.3.温度对输出特性的影响温度对输出特性的影响 1-41-4场效应管场效应管 场效应管场效应管(FET)(FET)是利用输入回路的是利用输入回路的电场效应电场效应来控制输来控制输出回路电流的一种出回路电流的一种半导体器件。半导体器件。它仅靠半导体它仅靠半导体中的中的多数载流子导多数载流子导电电，又称单极型晶，又称单极型晶体管。体管。一、类型及符号一、类型及符号 N N沟道沟道1.1.结型结型 P P沟道沟道 N N沟道沟道 增强型增强型 P P沟道沟道2.2.绝缘珊型绝缘珊型 N N沟道沟道 耗尽型耗尽型 P P沟道沟道1-41-4场效应管场效应管

18、二、二、特性曲线与电流方程特性曲线与电流方程(NJFET)(NJFET)1.1.漏极特性曲线漏极特性曲线常数DSUDSD)u(fi1 1）可变电阻区：预夹断前（）可变电阻区：预夹断前（U UDSDSUUUGSGS-U-UGS(off)GS(off)特点：特点：a)a)b)U b)UDSDSIID D 几乎不变（略增）几乎不变（略增）DGSIU3 3）夹断区：夹断后（）夹断区：夹断后（U UGSGSUUGS(off)GS(off)特点：特点：i iD D=0 =0 1-41-4场效应管场效应管2.2.转移特性曲线转移特性曲线常数DSUGSD)u(fi3.3.电流方程电流方程2)off(GSGSD

19、SSD)Uu1(Ii(U(UGSGS（off)off)u uGSGS0)UUGSGS-U-UGS(off)GS(off)1-41-4场效应管场效应管4.NEMOSFET 4.NEMOSFET 特性曲线与电流方程特性曲线与电流方程1-41-4场效应管场效应管三、场效应管的主要参数三、场效应管的主要参数1.1.直流参数直流参数1 1）开启电压）开启电压U UGSGS（thth)2.2.交流参数交流参数2 2）夹断电压）夹断电压U UGSGS（0ff)0ff)3 3）饱和漏极电流饱和漏极电流I IDSSDSS4 4）直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS（DCDC）1 1）低频跨导）低频跨导g gm

20、 m常数DSUGSDmuig2 2）极间电容）极间电容 CgsCgs、CgdCgd、CdsCds1-41-4场效应管场效应管3.3.极限参数极限参数3 3）最大耗散功率）最大耗散功率 P PDMDM 1 1）最大漏极电流）最大漏极电流 I IDMDM 2 2）击穿电压）击穿电压漏源击穿电压漏源击穿电压U U（BRBR）DSDS珊源击穿电压珊源击穿电压 U U（BRBR）GSGS 1-41-4场效应管场效应管四、四、FETFET与与BJTBJT的比较的比较BJTBJTFETFETB BE EC CG GS SD D电流控电流源电流控电流源电压控电流源电压控电流源两种载流子导电两种载流子导电多子导电多子导电N NF FN NF F