半导体器件特性.ppt

第一章半导体器件的特性1.1半导体的导电特性
1.2PN结
1.3二极管
1.4双极型晶体管（BJT）
1.5场效应管（FET）半导体材料：
物质根据其导电能力(电阻率)的不同，可划分
导体、绝缘体和半导体。
导体：ρ<10－4Ω·cm
绝缘体：ρ>109Ω·cm
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。
典型的元素半导体有硅Si和锗Ge，此外，还有
化合物半导体砷化镓GaAs等。半导体的原子结构和简化模型
元素半导体硅和锗共同的特点：原子最外层的电子（价
电子）数均为4。本征半导体的导电特性
本征半导体：纯净的且具有完整晶体结构的半导体。
载流子：物资内部运载电荷的粒子。
本征激发：在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束
缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。
空穴：共价键中的空位。
复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。
动态平衡：当温度T一定时，单位时间内产生的自由电子空穴对
数目与单位时间内因复合而消失掉的自由电子空穴对数目相等，
称为载流子的动态平衡。
1.1半导体的导电特性半导体中的两种载流子：自由电子，空穴。
两种载流子导电的差异：
●自由电子在晶格中自由运动
●空穴运动即价电子填补空穴的运动，始终在原子的共价键间运动。

结论：
1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；
2．半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；
3．本征半导体导电能力弱，并与温度有关。杂质半导体的导电特性1.1半导体的导电特性1.2.1PN结的形成过程：
1.载流子的浓度差引起多子的扩散；
2.复合使交界面形成空间电荷区；
3.空间电荷区阻止多子扩散，引起少子漂移；
4.扩散和漂移达到动态平衡。

1.2.2PN结的单向导电性
一、外加正向电压
外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄，扩散运动加强，形成了一个流入P区的正向电流IF。
二、外加反向电压
外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。漂移运动加强形成反向电流IR。单向导电性：
正偏导通，呈小电阻，电流较大;
反偏截止，电阻很大，电流近似为零。
小结
本讲主要介绍了以下基本内容：
PN结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽层、势垒区、阻挡层、内建电场）、漂移、动态平衡
PN结的单向导电性：正偏导通、反偏截止1.3.1二极管的结构及符号1.3二极管1.3.2二极管的伏安特性
一、PN结的伏安特性二、实际二极管的伏安特性三、理想二极管的特性
若二极管的正向压降远小于和它串联的电压，反向电流远小于和它并联的电流，可用理想二极管来等效二极管。理想二极管的门限电压和正向压降均为零，反偏时反向电流也为零。1.3.3二极管的主要参数
1、最大整流电流IF：二极管长期工作运行通过的最大正向平均电流。
2、最高反向工作电压UR：为保证管子安全工作，通常取为击穿电压的一半。
3、反向饱和电流IR：是管子未击穿时反向直流电流的数值。
4、最高工作频率fMax：是二极管具有单向导电性的最高工作频率。1.3.4稳压二极管
一、稳压二极管的稳压特性
具有陡峭的反向击穿特性，工作在反向击穿状态。
二、稳压管的参数
1、稳定电压VZ
2、稳定电流IZ：
3、动态电阻rZ：
4、最大稳定电流IZmax和最小稳定电流IZmin1.3.5二极管电路
一、限幅电路
1.3二极管例题：
当负载最小时，输出电流最大。这时稳压管的电流也应大于其最小工作电流，可求得最大限流电阻。
当负载最大时，输出电流最小，这时稳压管的电流也应小于其最大工作电流，可求得最小限流电阻。1.3二极管晶体管的结构及符号
结构：三个区：发射区、基区和集电区
三个极：发射极、基极和集电极
两个结：发射结、集电结生成类型：合金型和平面型

要实现电流放大作用，要求：
发射区掺杂浓度高；
基区薄且掺杂浓度低；
集电结面积大。晶体管内载流子的传输过程
晶体管正常工作的外部条件：发射结外加正向电压VBE，集电结加上较大的反向偏压VCB。
1.4.3晶体管直流电流传输方程
一、共基极直流电流传输方程
共基极电流放大系数hFB：

1.4双极型晶体管三、共集电极直流电流传输方程1.4.4晶体管的共射组态特性曲线
一、输入特性曲线

分析：时：集电结正偏，相当于
两个二极管并联的正向特性。
时：曲线右移，集电结由正偏向
反偏过渡，开始收集电子。
后，曲线基本不变，电流分配关
系确定。二、输出特性曲线1）共发射极电流放大系数二、极间反向电流
1）集电极－基极反向饱和电流ICBO
2）穿透电流ICEO
三、频率参数
1）共发射极截止频率
1.4双极型晶体管小结
本讲主要介绍了以下基本内容：
双极性晶体管的结构和类型：NPN、PNP
晶体管的电流放大作用和电流分配关系
晶