半导体基本器件及其应用电路综述

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章,半导体基本器件及应用电路,1.1,半导体材料及导电特性,1.2,PN,结原理,1.4,双极型晶体管,1.3 晶体二极管及应用,返回,1.1,半导体材料及导电特性,1.1.1,本征半导体,1.,1.,2 杂质半导体,1.1.3,漂移电流与扩散电流,引言,返回,1.1,半导体材料及导电特性,返回,1.1.1,本征半导体,返回,1.1.1,本征半导体,（,intrinsic semiconductor,）,返回,E,g,（二）本征激发和两种载流子,a:空穴带正电量,b：空穴是半导体中所特有的带单位正电荷的粒子，与电子电量相等，符号相反,c：,空穴在价带内运动，也是一种载流子。在外电场作用下可在晶体内定向移动,空穴：,自由电子载流子：带单位负电,空穴载流子 ：带单位正电,返回,（三）,本征载流子（,intrinsic carrier,）,浓度,本征激发,电子,空穴,E,g,1,电子,空穴,随机碰撞,复合,（自由电子释放能量）电子空穴对消失,2,3,本征激发,动态平衡,复合 是电子空穴对的两种矛盾运动形式。,返回,1.,1.,2,杂质半导体,（,donor and acceptor impurities）,3.3X10,12,分之一,返回,（一）,N型半导体,（N Type semiconductor）,室温,T=300k,+,+,+,+,+5,返回,（二）,P,型半导体,（,P type semiconductor,）,-,-,-,-,返回,（三）,杂质半导,体,体中的载,流,流子浓度,本征半导,体,体中载流,子,子由本征,激,激发产生,：,：,n,i,=p,i,掺杂半导,体,体中（,N orP,）,掺杂越多,多子浓度,少子浓度,杂质半导,体,体载流子,由,由两个过,程,程产生：,杂,杂质电离,多子,本征激发,少子,由半导体,理,理论可以,证,证明，两,种,种载流子,的,的浓度满,足,足以下关,系,系：,1,热平衡条,件,件：温度一定,时,时，两种,载,载流子浓,度,度积之，,等,等于本征,浓,浓度的平,方,方。,N型半导,体,体：若以,n,n,表示电子,（,（多子）,，,，,p,n,表示空穴,（,（少子）,则有,n,n,.,p,n,=n,i,2,P型半导,体,体：,p,p,表示空穴,（,（多子）,，n,p,表示电子,浓,浓度（少,子,子）,P,p,.,n,p,=n,i,2,2,电中性条,件,件：整块半导,体,体的正电,荷,荷量与负,电,电荷量恒,等,等。,N型：,N,o,表示施主,杂,杂质浓度,，,则：,n,n,=N,o,+p,n,P型：,N,A,表示受主,杂,杂质浓度,，,P,p,=N,A,+n,p,由于一,般,般总有,N,o,p,n,N,A,n,p,所以有 N型：,n,n,N,o,且：,p,n,n,i,2,/N,D,P型：,p,p,N,A,n,p,n,i,2,/N,A,多子浓度等于掺杂浓度 少子浓度与本征浓度,n,i,2,有关，,与温度无关,随温度升高而增加，是半导体,元件温度漂移的主要原因,多子浓度,少子浓度,返回,1.1.3,漂移电,流,流与扩,散,散电流,半导体,中,中有两,种,种载流,子,子：电,子,子和空,穴,穴，这,两,两种载,流,流子的,定,定向运,动,动会引,起,起导,电电流,。,。,引起载,流,流子定,向,向运动,的,的原因,有,有两种,：,：,由于电,场,场而引,起,起的定,向,向运动,漂移运,动,动。（,漂,漂移电,流,流）,由于载,流,流子的,浓,浓度梯,度,度而引,起,起的定,向,向运动,扩散运,动,动（扩,散,散电流,）,）,（一）,漂,漂移电,流,流,（driftcurrent）,在电子,浓,浓度为n,空,穴,穴浓度,为,为p的,半,半导体,两,两端外,加,加电压V，在,电,电场E,的,的作用,下,下，空穴将,沿,沿电场,方,方向运,动,动，电子将,沿,沿与电,场,场相反,方,方向运,动,动：,E,V,返回,(二）,扩,扩散,电,电 流,（,diffusioncurrent）,光照,N型半导体,x,n,(x),p,(x),载流子浓度,热平衡值,热平衡值,x,返回,1.2,PN,结原理,1.2.2,空间电,荷,荷区特,点,点：,1.2.1PN,结的形,成,成及特,点,点,返回,N,P,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,1.2,PN,结原理,E,N,P,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,返回,1.2.1PN,结的形,成,成及特,点,点,一,PN,结的动,态,态平衡,过,过程和,接,接触电,位,位,消弱,内建电场,E,N,P,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,E,N,P,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,热平衡,（,（动态,平,平衡）,返回,1.2.2,空间电,荷,荷区特,点,点：,N,P,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,E,电荷密度,E电场强度,电位,qU,内建电位,势垒（电子势能）,qU,P,N,返回,1.3,晶,晶体二,极,极管及,应,应用,13,2,二,二,极,极管的,电,电阻,13,3,二,二极,管,管的交,流,流小信,号,号等效,模,模型,1,.,3,.,4 二,极,极管应,用,用电路,13,1,晶体二,极,极管的,伏,伏安特,性,性,引言,返回,13,5,稳,稳,压,压管,13,6PN结,电,电容,13,7PN结的,温,温度特,性,性,13,8,二,二极,管,管主要,参,参数,1.3,晶,晶体,二,二极管,及,及应用,N,P,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,E,1.3.1,晶体二,极,极管的,伏,伏安特,性,性,返回,1.正,向,向偏置，,正,正向电流,R,U,N,P,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,U,i,D,U,U,-U,扩散,i,D,i,D,i,D,i,D,+,+,_,_,返回,N,P,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,2.,反,反向偏置,，,，反向电,流,流,R,U,U,i,R,N,P,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,U,U,+U,i,R,i,R,i,R,i,R,+,+,_,_,返回,Si,（,二）伏安,特,特性,Ge,1.0,i,D,u,D,U,ON,U,ON,返回,Si,（,二）伏安,特,特性,i,R,=-I,s,Ge,Si,Ge,U,(BR),U,(BR),1.0,i,D,u,D,返回,Si,（,二）伏安,特,特性,i,R,=-I,s,Si,Ge,Ge,U,(BR),U,(BR),1.0,i,D,u,D,二极管击,穿,穿后端电,压,压几乎不,变,变，具有,稳,稳压特性,。,。,返回,I,D,Q,U,D,i,D,u,D,u,D,（忽略,R,上的电压,）,）,132,二,二极管的,电,电阻,返回,r,d,C,J,Si,1.0,i,D,u,D,在低频工,作,作时，C,J,可忽略。,电路仿真,133 二,极,极管的交,流,流小信号,等,等效模型,返回,u,i,u,i,1.3.4 二极,管,管应用电,路,路,1 整,流,流电路,u,i,0,，二级管导通，,u,o,=u,i,电路仿真,2二极管,限,限幅电路,右图为双,向,向的限幅,电,电路,如果设：,二,二极管的,开,开启电压,U,ON,=0.7V,则有：|,u,i,|U,ON,，D,1,导通,D,2,截止，,回路中的,电,电流，,利,利用二极,管,管正向稳,压特性，,u,o,=U,ON,。,如果，,u,i,-U,ON,，D,1,截止,D,2,导通，,回路中的,电,电流，,u,o,=-U,ON,。,u,D,i,D,U,ON,电路仿真,+,u,o,-,返回,u,i,1.3.4二极管,应,应用电路,3 二,极,极管钳位,电,电路,钳位电路,是,是一种能,改,改变信号,的,的直流电,压,压成分的,电,电路，下,图,图是一个,简,简单的二,级,级管钳位,电,电路的例,子,子。,u,c,=2.5V,u,o,设输入信号,u,i,为幅度+2.5V的方波信号，,u,i,2.5V,-2.5V,当,u,i,0,时，D截,止,止，,i,D,=0，,回路无法,放,放电，使,电,电容C的,电,电压保持,u,c,=,u,i,=2.5V，,而输出电,压,压：,u,o,=u,i,+u,c,=,u,i,+,2.5V=5V,V,o,5V,电路仿真,返回,I,Z mi n,I,Z m a x,U,Z,I,Z,U,Z,135,稳,稳压管,返回,U,i,U,Z,U,D,I,Z mi n,I,Z m a x,U,Z,I,Z,U,Z,电路仿真,返回,I,Z mi n,I,Z m a x,U,Z,I,Z,U,Z,r,z,I,z,U,Z,U,Z,返回,返回,1,3,6PN,结,结,电,电,容,容,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,R,U,U,+,+,_,_,i,R,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,C,C,T,U,D,u,D,r,T,C,T,返,回,回,载流子浓度,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,Q,p,Q,n,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,P,N,U+,U,-,-,-,-,-,-,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,返,回,回,1,3,7PN,结,结,的,的,温,温,度,度,特,特,性,性,：,：,I,D,T,2,T,1,T,2,T,1,U,D1,U,D2,i,D,u,D,返,回,回,谢,谢,谢,观,观,看,看,/,欢,迎,迎,下,下,载,载,BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH,