電子技術(shù)半導(dǎo)體 ppt課件.ppt

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1、模塊一半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管1.3半導(dǎo)體三極管1.4BJT模型1.5場(chǎng)效應(yīng)管1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價(jià)元素。硅原子鍺原子硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱(chēng)為價(jià)電子。本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對(duì)溫度T=0K時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。一.本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)

2、體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱(chēng)為“九個(gè)9”。這一現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)，也稱(chēng)熱激發(fā)。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴?？梢?jiàn)本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。外加能量越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對(duì)越多。動(dòng)畫(huà)演示與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象——復(fù)合在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對(duì)的濃度一定。常溫300K時(shí)：電子空穴對(duì)

3、的濃度硅：鍺：自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對(duì)自由電子帶負(fù)電荷電子流動(dòng)畫(huà)演示+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子E＋－＋總電流載流子空穴帶正電荷空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制二.雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱(chēng)為N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴++++++++++++N型半導(dǎo)體施

4、主離子自由電子電子空穴對(duì)在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭ㄅ鹪庸柙佣鄶?shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體受主離子空穴電子空穴對(duì)2.P型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體多子—空穴少子—電子少子濃度——與溫度有關(guān)多子濃度——與溫度無(wú)關(guān)內(nèi)電場(chǎng)E?因多子濃度差?形成內(nèi)電場(chǎng)?多子的擴(kuò)散?空間電荷區(qū)?阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PN結(jié)合空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層三.PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?

5、.PN結(jié)的形成動(dòng)畫(huà)演示少子飄移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散又失去多子，耗盡層寬，E內(nèi)電場(chǎng)E多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層動(dòng)態(tài)平衡：擴(kuò)散電流＝漂移電流總電流＝0勢(shì)壘UO硅0.5V鍺0.1V2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)→耗盡層變窄→擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)＞漂移運(yùn)動(dòng)→多子擴(kuò)散形成正向電流IF正向電流(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)→耗盡層變寬→漂移運(yùn)動(dòng)＞擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)→少子漂移形成

6、反向電流IRPN在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān)，所以稱(chēng)為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?dòng)畫(huà)演示1動(dòng)畫(huà)演示23.PN結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式根據(jù)理論推導(dǎo)，PN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）反偏反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿熱擊穿——燒壞PN結(jié)電擊穿——可逆根據(jù)理論分析：

7、u為PN結(jié)兩端的電壓降i為流過(guò)PN結(jié)的電流IS為反向飽和電流UT=kT/q稱(chēng)為溫度的電壓當(dāng)量其中k為玻耳茲曼常數(shù)1.38×10－23q為電子電荷量1.6×10－9T為熱力學(xué)溫度對(duì)于室溫（相當(dāng)T=300K）則有UT=26mV。當(dāng)u>0u>>UT時(shí)當(dāng)u<0

8、u

9、>>

10、UT

11、時(shí)4.PN結(jié)的電容效應(yīng)當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。(1)勢(shì)壘電容CB(2)擴(kuò)散電容CD當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，PN結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過(guò)程。

12、電容效應(yīng)在交流信號(hào)作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來(lái)極間電容（結(jié)電容）1.2半導(dǎo)體二極管二極管=PN結(jié)+管殼+引線NP結(jié)構(gòu)符號(hào)陽(yáng)極+陰極-二極管按結(jié)構(gòu)分三大類(lèi)：(1)點(diǎn)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。(3)平面型二極管用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。(2)面接觸