模擬電子技術的復ppt課件

1、第 1 頁1.1.2 n型半導體和p型半導體 1.1.3 pn結(jié)1.1.4 pn結(jié)的單向?qū)щ娦?1.1.1 半導體的導電特性1.1 1.1 半導體基礎知識和半導體基礎知識和pnpn結(jié)結(jié)第1章上頁下頁返回第 2 頁 完全純凈完全純凈的具有晶體的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導結(jié)構(gòu)的半導體稱為體稱為本征本征半導體半導體 。它它具有共價鍵具有共價鍵結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 價電子價電子硅原子硅原子第1章上頁下頁返回1.1.1 半導體的導電特性導電特性第 3 頁 在半導在半導體中，同體中，同時存在著時存在著電子導電電子導電和空穴導和空穴導電?？昭姟？昭ê妥杂呻姾妥杂呻娮佣挤Q為子都稱為載流子。載流子。它們成對它們成對出現(xiàn)，成出

2、現(xiàn)，成對消失。對消失。在常溫下自由電子和空穴的形成在常溫下自由電子和空穴的形成復合自由電子自由電子本征本征激發(fā)激發(fā)電 子空 穴電 子電 子電 子空 穴電 子電 子電 子電 子電 子第1章上頁下頁返回空穴空穴第 4 頁 在通常情況下，本征半導體中載流在通常情況下，本征半導體中載流子的數(shù)量是極其微弱的，其導電能力很子的數(shù)量是極其微弱的，其導電能力很差。差。 當溫度增加，或受其他能量的激勵當溫度增加，或受其他能量的激勵（如光照），電子的運動加劇，載流子（如光照），電子的運動加劇，載流子的數(shù)目增加，導電性能也就愈好，所以的數(shù)目增加，導電性能也就愈好，所以溫度對半導體器件的性能影響很大。溫度對半導體器件

3、的性能影響很大。第 5 頁原理圖p自由電子自由電子結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖磷原子磷原子正離子正離子p+ 在硅或鍺中摻在硅或鍺中摻入少量的五價元入少量的五價元素，如磷或砷、素，如磷或砷、銻，則形成銻，則形成n n型型半導體。半導體。多余價電子多余價電子少子少子多子多子正離子正離子在在n n型半導體中，電子是多子，空穴是少子。電子帶負電：型半導體中，電子是多子，空穴是少子。電子帶負電：negativenegative第1章上頁下頁 n n型半導體型半導體返回第 6 頁 p p型半導體型半導體 在硅或鍺中在硅或鍺中摻入三價元素，摻入三價元素，如硼或鋁、鎵，如硼或鋁、鎵，則形成則形成p p型半導型半導體。體。原理

4、圖原理圖b b- 硼原子硼原子負離子負離子空穴空穴填補空位填補空位結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖在在p p型半導體中，空穴是多子，電子是少子。型半導體中，空穴是多子，電子是少子。空 穴多子多子少子少子負離子負離子第1章上頁下頁 返回空穴帶正電：空穴帶正電：posotive第 7 頁 用專門的制用專門的制造工藝在同一造工藝在同一塊半導體單晶塊半導體單晶上，形成上，形成p p型半型半導體區(qū)域和導體區(qū)域和n n型型半導體區(qū)域，半導體區(qū)域，在這兩個區(qū)域在這兩個區(qū)域的交界處就形的交界處就形成一個成一個pnpn結(jié)結(jié) 。p 區(qū)區(qū)n n 區(qū)區(qū)p區(qū)的空穴向區(qū)的空穴向n區(qū)擴散并與電子復合區(qū)擴散并與電子復合n區(qū)的電子向區(qū)的電子向p區(qū)

5、擴散并與空穴復合區(qū)擴散并與空穴復合空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向 1.1. 1.1.3 第1章上頁下頁返回第 8 頁空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向 在一定條件下，多子擴散和少子漂移達到在一定條件下，多子擴散和少子漂移達到動態(tài)平衡動態(tài)平衡。p區(qū)區(qū)n區(qū)區(qū)多子擴散多子擴散少子漂移少子漂移第1章上頁下頁返回第 9 頁 在一定條件下，多子擴散和少子漂移達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)在一定條件下，多子擴散和少子漂移達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定。的寬度基本上穩(wěn)定。內(nèi)電場阻擋多子的擴散運動，推動少子的漂移運動。內(nèi)電場阻擋多子的擴散運動，推動少子的漂移運動。空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場方

6、向內(nèi)電場方向pn多子擴散多子擴散少子漂移少子漂移結(jié)結(jié) 論論 ：在在pn結(jié)中同時存在多子的擴散運動和少子的漂移運動。結(jié)中同時存在多子的擴散運動和少子的漂移運動。第1章上頁下頁返回第 10 頁p區(qū)區(qū)n區(qū)區(qū)內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場ei空間電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄 p p區(qū)的空穴進入空間電荷區(qū)區(qū)的空穴進入空間電荷區(qū)和一部分負離子中和和一部分負離子中和 n n區(qū)電子進入空間電荷區(qū)電子進入空間電荷 區(qū)和一部分正區(qū)和一部分正 離子中和離子中和擴散運動增強，形成較大的正向電流。擴散運動增強，形成較大的正向電流。第1章上頁下頁外加正向電壓外加正向電壓返回第 11 頁外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走外

7、電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走空間電荷區(qū)變寬空間電荷區(qū)變寬 內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場少子越過少子越過pn結(jié)形成結(jié)形成很小的反向電流很小的反向電流ire第1章上頁下頁 外加反向電壓外加反向電壓n區(qū)區(qū)p區(qū)區(qū)返回第 12 頁由上述分析可知由上述分析可知：pn結(jié)具有結(jié)具有單向單向?qū)щ娦詫щ娦?即即在在pnpn結(jié)上加正向電壓時，結(jié)上加正向電壓時，pnpn結(jié)結(jié)電阻很低，正向電流較大。（電阻很低，正向電流較大。（pnpn結(jié)處結(jié)處于于導通導通狀態(tài)）狀態(tài)） 加反向電壓時，加反向電壓時，pnpn結(jié)電阻很高，反結(jié)電阻很高，反向電流很小。（向電流很小。（pnpn結(jié)處于結(jié)處于截止截止狀態(tài)）狀態(tài)）切記切記第1

8、章上頁下頁返回第 13 頁1.2 1.2 半導體半導體二極管二極管表示符號表示符號 面接觸型面接觸型點接觸型點接觸型引線引線觸絲觸絲外殼外殼n n型鍺片型鍺片n型硅型硅陽極引線陽極引線pnpn結(jié)結(jié)陰極引線陰極引線金銻合金金銻合金底座底座鋁合金小球鋁合金小球第1章上頁下頁陰極陽極d返回1.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)第 14 頁第1章上頁下頁返回小功率小功率二極管二極管大功率大功率二極管二極管 發(fā)光發(fā)光二極管二極管第 15 頁1.2.2 1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性-40-20ou/vi/ma604020-50-250.40.8正向正向反向反向擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓u(br

9、)硅管的伏安特性i/a第1章上頁下頁返回-20-40-250.40.2-5010o155i/mau/v鍺管的伏安特性i/a死區(qū)死區(qū)電壓電壓死區(qū)電壓：硅管約為死區(qū)電壓：硅管約為：0.5v,鍺管約為鍺管約為：0.2v。導通時的正向壓降：硅導通時的正向壓降：硅管約為管約為:0. 7v,鍺管約鍺管約為為:0.3v。常溫下，反向飽和電流常溫下，反向飽和電流很小很小. .當當pnpn結(jié)溫度升高時，結(jié)溫度升高時，反向電流明顯增加反向電流明顯增加。注 意:第 16 頁1.2 晶體三極管晶體三極管(bjt)(bjt)bipolar junction transistorbipolar junction tran

10、sistor 1.2.1 基本結(jié)構(gòu)1.2.2 電流分配和電流放大原理1.2.3 特性曲線第1章上頁下頁返回1.2.4 主要參數(shù)第 17 頁1.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)npn型型pnp型型betcnpnbetcpnp第1章上頁下頁返回n np pp pe eb b基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電區(qū)發(fā)射區(qū)集電極c發(fā)射極基極cp pn nn ne eb b發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)基極發(fā)射極集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電極集電極集電極:collector基極基極:base發(fā)射極發(fā)射極:emission第 18 頁1.2.2 1.2.2 電流分配和電流放大原理電流分配和電流放大原理ieibrbubbicucc輸輸入入電電路路輸輸出出電電

11、路路公共端公共端發(fā)射結(jié)正向偏置發(fā)射結(jié)正向偏置集電結(jié)反向偏置集電結(jié)反向偏置npn 管：管： ube0 ubcvbvercbce共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路第1章上頁下頁pnp 管：管： ube0即即v vcvbib 或或 icib第1章上頁下頁返回晶體管起電流放大作用，必須滿足發(fā)射結(jié)正偏，晶體管起電流放大作用，必須滿足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏的條件。集電結(jié)反偏的條件。32當基極電路由于外加電壓或電阻改變而引起當基極電路由于外加電壓或電阻改變而引起ib的的微小變化時，必定使微小變化時，必定使ic發(fā)生較大的變化。即三極發(fā)生較大的變化。即三極管的基極電流對集電極電流具有控制作用。管的基極電流對集電極

12、電流具有控制作用。第 21 頁1.2.3 特性曲線特性曲線ib = f (ube )uc e = 常數(shù)常數(shù)uce1v第1章上頁下頁返回ieibrbubicuccrc- - -ubeuceube/vib/ao第 22 頁oic = f (uce ) | ib = 常數(shù)常數(shù)ib 減小減小ib增加增加uceicib = 20aib =60aib =40a第1章上頁下頁返回ieibrbubicuccrc- - -ubeuce第 23 頁晶體管輸出特性曲線分三個工作區(qū)晶體管輸出特性曲線分三個工作區(qū)uce /vic / ma806040 0 ib= 20 ao24681234截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)

13、放大區(qū)第1章上頁下頁返回第 24 頁晶體管三個工作區(qū)的特點晶體管三個工作區(qū)的特點發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏有電流放大作用, ic=ib輸出曲線具有恒流特性發(fā)射結(jié)、集電結(jié)處于反偏失去電流放大作用, ic0晶體管c、e之間相當于開路發(fā)射結(jié)、集電結(jié)處于正偏失去放大作用晶體管c、e之間相當于短路ceb+-+ceb+-+ceb+-+第1章上頁下頁返回第 25 頁p型襯底bsio2n+n+sdg 取一塊取一塊p型半導體作為襯底，型半導體作為襯底，用用b表示。表示。 用氧化工藝生成一層用氧化工藝生成一層sio2 薄膜絕緣層。薄膜絕緣層。 用光刻工藝腐蝕出兩個孔。用光刻工藝腐蝕出兩個孔。 擴散兩個高摻雜的擴散兩個

14、高摻雜的n型區(qū)。型區(qū)。從而形成兩個從而形成兩個pn結(jié)。（綠色部結(jié)。（綠色部分）分） 從從n型區(qū)引出電極，一個是型區(qū)引出電極，一個是漏極漏極d，一個是源極，一個是源極s。 在源極和漏極之間的絕緣層在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極上鍍一層金屬鋁作為柵極g。dgsbdgsbn溝道增強型mosfet的結(jié)構(gòu)和符號g：gate ；d：drain ；s：source9第 26 頁 1 1 uds=0，ugs0sdgpn+n+sio型襯底dsugsu2=0空穴正離子電子負離子 ugs0將在絕緣層產(chǎn)生電場，將在絕緣層產(chǎn)生電場， 該電場將該電場將sio2絕緣層下方的絕緣層下方的空穴推走，同時將襯底的

15、電子吸引到下方，形成導電溝道?？昭ㄍ谱?，同時將襯底的電子吸引到下方，形成導電溝道。反型層 產(chǎn)生有漏極電流產(chǎn)生有漏極電流id。這說這說明明ugs對對id的控制作用。的控制作用。0dsun溝道增強型mosfet的工作原理 2 2 uds0，ugs0同時同時p型襯底中的少子（電子）被型襯底中的少子（電子）被吸引到柵極下的襯底表面。但正吸引到柵極下的襯底表面。但正的柵源電壓達到一定數(shù)值時，這的柵源電壓達到一定數(shù)值時，這些電子在柵極附近的些電子在柵極附近的p型硅表面便型硅表面便形成了一個形成了一個n型薄層，稱之為反型型薄層，稱之為反型層。層。 10第 27 頁 nmos管和管和pmos管的通斷條件管的通斷條件 gdsugs+nmos當當ugsvt時導通時導通當當ugsvt時截止時截止 gdsugs+pmos當當 ugs vt時導通時導通 當當 ugs vt時截止時截止 mosmos管的