半导体基础知识已确认

2021-03-03 15:24:17本页面

【文章导读】电子技术第一章半导体器件模拟电路部分第一章半导体器件半导体的基本知识结及半导体二极管特殊二极管半导体三极管场效应晶体管半导体的基本知识导体、半导体和绝缘体导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是导体。绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶

半导体基础知识已确认


【正文】

电子信息技术,第一章半导体元器件,数字集成电路一部分,(11),第一章半导体元器件,1.1半导体的基础知识1.2PN结及半导体二极管1.3独特二极管1.4半导体三极管1.5场效晶体三极管,(12),1.1半导体的基础知识,1.1.1电导体、半导体和导体和绝缘体,电导体:大自然中非常容易导电性的化学物质称之为电导体,金属材料一般全是电导体。,导体和绝缘体:有的化学物质几乎不导电性,称之为导体和绝缘体,如橡皮擦、瓷器、塑胶和石英石。,半导体:另有一类化学物质的导电性特点处在电导体和导体和绝缘体中间,称之为半导体,如锗、硅、氮化镓和一些硫酸盐、金属氧化物等。,(13),半导体的导电性原理有别于其他化学物质,因此它具备有别于其他化学物质的特性。比如:,当受外部热跟光的功效时,它的导电能力显著转变。

往纯粹的半导体中掺加一些残渣,会使它的导电能力显著更改。,(14),1.1.2本征半导体,一、本征半导体的结构特点,根据一定的加工工艺全过程,能够将半导体做成结晶。,当代电力电子技术中,用的数最多的半导体是硅和锗,他们的最表层电子器件(价电子)全是四个。,(15),本征半导体:彻底纯粹的、构造详细的半导体结晶。,在硅和锗晶体中,原子按四角形系统软件构成晶体点阵,每一个原子都处于正四面体的管理中心,而四个其他原子坐落于四面体的端点,每一个原子两者之间相邻的原子中间产生化学键,同用一对价电子。,(16),硅和锗的化学键构造,化学键共用电子对,4表明去除价电子后的原子,(17),化学键中的2个电子器件被牢牢地拘束在化学键中,称之为束缚电子,常温状态束缚电子难以摆脱化学键变成自由电荷,因而本征半导体中的自由电荷非常少,因此本征半导体的导电能力太弱。

产生化学键后,每一个原子的最表层电子器件是八个,组成平稳构造。,化学键有较强的结合性,使原子标准排序,产生结晶。,(18),二、本征半导体的导电性原理,在绝对0度(T=0K)和沒有外部激起时,价电子彻底被化学键拘束着,本征半导体中沒有能够健身运动的自由电子(即载流子),它的导电能力为0,等同于导体和绝缘体。,在常温状态,因为热激起,使一些价电子得到充足的动能而摆脱化学键的拘束,变成自由电荷,另外化学键上留有一个位置,称之为空穴。,1.载流子、自由电荷和空穴,(19),自由电荷,空穴,束缚电子,(110),2.本征半导体的导电性原理,在其他力的作用下,空穴吸引住周边的电子器件来弥补,那样的結果等同于空穴的转移,而空穴的转移等同于正电的挪动。

因而能够觉得空穴是载流子。,本征半导体中存有总数相同的二种载流子,即自由电荷和空穴。,(111),溫度越高,载流子的浓度值越高。因而本征半导体的导电能力越强,溫度是危害半导体特性的一个关键的外界要素,它是半导体的一大特性。,本征半导体的导电能力在于载流子的浓度值。,本征半导体中电流由两一部分构成:1.自由电荷挪动造成的电流。2.空穴挪动造成的电流。,(112),1.1.3残渣半导体,在本征半导体中掺加一些少量的残渣,便会使半导体的导电率能产生明显转变。其缘故是夹杂半导体的某类载流子浓度值大大增加。,P型半导体:空穴浓度值大大增加的残渣半导体,也称之为(空穴半导体)。,N型半导体:自由电荷浓度值大大增加的残渣半导体。

也称之为(电子器件半导体)。,(113),一、N型半导体,在硅或锗晶体中掺加小量的五价原素磷(或锑),晶体点阵中的一些半导体原子被残渣替代,磷原子的最表层有五个价电子,在其中四个与邻近的半导体原子产生化学键,必然空出一个电子器件,这一电子器件几乎不受拘束,非常容易被激起而变成自由电荷,那样磷原子就变成不可以挪动的带正电荷的正离子。每一个磷原子得出一个电子器件,称之为施主原子。,(114),不必要电子器件,磷原子,N型半导体中的载流子是啥?,1、由施主原子出示的电子器件,浓度值与施主原子同样。,2、本征半导体中成对造成的电子器件和空穴。,夹杂浓度值远高于本征半导体中载流子浓度值,因此,自由电荷浓度值远高于空穴浓度值。自由电荷称之为大部分载流子(多子),

空穴称之为极少数载流子(少子)。,(115),二、P型半导体,空穴,硼原子,P型半导体中空穴是多子,电子器件是少子。,(116),三、残渣半导体的提示表示法,残渣型半导体多子和少子的挪动都能产生电流。但因为总数的关联,起导电性功效的主要是多子。类似觉得多子与杂质浓度相同。,(117),1.2PN结及半导体二极管,2.1.1PN结的产生,在同一片半导体衬底上,各自生产制造P型半导体和N型半导体,历经载流子的外扩散,在他们的交界面处就产生了PN结。,(118),P型半导体,N型半导体,外扩散的結果是使空间电荷区慢慢扩宽,空间电荷区越宽。,内静电场越强,就使飘移健身运动越强,而飘移使空间电荷区变软。,(119),因此外扩散和飘移这一对反过来的健身运动最后做到均衡。

等同于2个区中间沒有正电荷健身运动,空间电荷区的薄厚固定不动不会改变。,(120),空间电荷区,N型区,P型区,电位差V,V0,(121),1、空间电荷区中沒有载流子。,2、空间电荷区中内静电场阻拦P中的空穴、N区中的电子器件(全是多子)向另一方健身运动(外扩散健身运动)。,3、P区中的电子器件和N区中的空穴(全是少),总数比较有限,因而由他们产生的电流不大。,留意:,(122),2.1.2PN结的单边导电率,PN结再加上顺向工作电压、顺向偏置的意思全是:P区加正、N区加负工作电压。,PN结再加上反向工作电压、反向偏置的意思全是:P区加负、N区加正工作电压。,(123),一、PN结顺向参考点,P,N,,内静电场被消弱,多子的外扩散提升可以产生很大的外扩散电流。

(124),二、PN结反向参考点,N,P,,内静电场被被提升,多子的外扩散受抑止。少子飘移提升,但少子总数比较有限,只有产生较小的反向电流。,R,E,(125),2.1.3半导体二极管,一、基础构造,PN结再加上列管式和导线,就变成半导体二极管。,点接触型,面触碰型,(126),二、光电流特点,过流保护工作电压硅管0.6V,锗管0.2V。,通断损耗:硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿场强UBR,(127),三、基本参数,1.较大整流器电流IOM,二极管长期性应用时,容许穿过二极管的较大顺向均值电流。,2.反向击穿场强UBR,二极管反向穿透时的工作电压值。穿透时反向电流猛增,二极管的单边导电率被毁坏,乃至超温而烧毁。

指南上得出的最大反向工作标准电压UWRM一般是UBR的一半。,(128),3.反向电流IR,指二极管加反向最高值工作标准电压时的反向电流。反向电流大,表明管道的单边导电率差,因而反向电流越低越好。反向电流受溫度的危害,溫度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,锗管的反向电流要比硅管大几十到十几倍。,之上均是二极管的交流电主要参数,二极管的运用是关键运用它的单边导电率,关键运用于整流器、限幅、维护这些。下边详细介绍2个沟通交流主要参数。,(129),4.微变电阻器rD,uD,rD是二极管特性曲线图上工作中点Q周边工作电压的转变与电流的转变之比:,显而易见,rD是对Q周边的细微转变地区内的电阻器。,(130),5.二极管的极间电容,二极管的两方面中间有电容器。

此电容器由两一部分构成:势垒电容器CB和扩散电容CD。,势垒电容器:势垒区是累积空间电荷的地区,当工作电压转变时,便会造成累积在势垒区的空间电荷的转变,那样所主要表现出的电容器是势垒电容器。,扩散电容:为了更好地产生顺向电流(外扩散电流),引入P区的少子(电子器件)在P区有浓度值差,越挨近PN结浓度值越大,即在P区有电子器件的累积。同样,在N区有空穴的累积。顺向电流大,累积的正电荷多。那样所造成的电容器便是扩散电容CD。,(131),CB在顺向和反向参考点时均不可以忽视。而反向参考点时,因为载流子数量非常少,扩散电容可忽视。,PN结高频率小数据信号时的闭合电路:,势垒电容器和扩散电容的综合性效用,(132),二极管:过流保护工作电压=0.9V,顺向损耗0.7V(硅二极管)理想二极管:过流保护工作电压=0。

顺向损耗=0,二极管的运用举例说明1:二极管半波整流,(133),二极管的运用举例说明2:,(134),1.3独特二极管,1.3.1稳压二极管,U,IZ,稳压管差值,曲线图越陡,工作电压越平稳。,UZ,(135),(4)平稳电流IZ、较大、最少平稳电流Izmax、Izmin。,(5)较大容许功能损耗,稳压二极管的主要参数:,(1)平稳工作电压UZ,(3)动态性电阻器,(136),稳压二极管的运用举例说明,稳压极管的性能参数:,输入电阻。,规定当键入工作电压由标准值产生20%起伏时,负荷工作电压基础不会改变。,解:令键入工作电压做到限制时,穿过稳压极管的电流为Izmax。,求:电阻器R和键入工作电压ui的标准值。,方程组1,(137),令键入工作电压降至低限时,穿过稳压极管的电流为Izmin。

方程组2,联立方程1、2,能解得:,(138),1.3.2光电二极管,反向电流随光照度的提升而升高。,(139),1.3.3发光二极管,有顺向电流穿过时,传出一定光波长范畴的光,现阶段的发光二极管能够传出从红外线到由此可见股票波段的光,它的电特点与一般二极管相近。,(140),1.4半导体三极管,1.4.1基础构造,基极,发射极,集电结,NPN型,PNP型,(141),基区:较薄,夹杂浓度值低,集电区:总面积很大,发射区:夹杂浓度值较高,(142),发射结,集电结,(143),1.4.2电流变大基本原理,EB,RB,EC,进到P区的电子器件一小部分与基区的空穴复合型,产生电流IBE,大部分外扩散到集电结。,发射结正偏,发射区电子器件持续向基区外扩散。

产生发射极电流IE。,(144),EB,RB,EC,集电结反偏,有少子产生的反向电流ICBO。,从基区外扩散来的电子器件做为集电结的少子,飘移进到集电结而被搜集,产生ICE。,(145),IB=IBEICBOIBE,(146),ICE与IBE之比称之为电流变大倍率,要使三极管能变大电流,务必使发射结正偏,集电结反偏。,(147),NPN型三极管,PNP型三极管,(148),1.4.3特点曲线图,IC,V,UCE,UBE,RB,IB,EC,EB,试验路线,(149),一、键入特点,工作中损耗:硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。,过流保护工作电压,硅管0.9V,锗管0.2V。,(150),二、频率特性。

IC(mA),此地区达到IC=IB称之为线形区(变大区)。,当UCE超过一定的标值时,IC只与IB相关,IC=IB。,(151),此地区中UCEUBE,集电结正偏,IBIC,UCE0.3V称之为饱和状态区。,(152),此地区中:IB=0,IC=ICEO,UBE<过流保护工作电压,称之为截至区。,(153),频率特性三个地区的特性:,变大区:发射结正偏,集电结反偏。即:IC=IB,且IC=IB,(2)饱和状态区:发射结正偏,集电结正偏。即:UCEUBE,IBIC,UCE0.3V,(3)截至区:UBE<过流保护工作电压,IB=0,IC=ICEO0,(154),例:=50,USC=12V,RB=70k,RC=8k当USB=2V。

2V,9V时,晶体三极管的静态工作点Q坐落于哪一个区?,当USB=2V时:,IB=0,IC=0,IC较大饱和状态电流:,Q坐落于截至区,(155),例:=50,USC=12V,RB=70k,RC=8k当USB=2V,2V,9V时,晶体三极管的静态工作点Q坐落于哪一个区?,IC

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