模擬電子技術(shù)的復(fù)ppt課件

1、第 1 頁(yè)1.1.2 n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體 1.1.3 pn結(jié)1.1.4 pn結(jié)的單向?qū)щ娦?1.1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.1 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)和半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)和pnpn結(jié)結(jié)第1章上頁(yè)下頁(yè)返回第 2 頁(yè) 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(dǎo)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為體稱(chēng)為本征本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體 。它它具有共價(jià)鍵具有共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 價(jià)電子價(jià)電子硅原子硅原子第1章上頁(yè)下頁(yè)返回1.1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性導(dǎo)電特性第 3 頁(yè) 在半導(dǎo)在半導(dǎo)體中，同體中，同時(shí)存在著時(shí)存在著電子導(dǎo)電電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)和空穴導(dǎo)電?？昭姟？昭ê妥杂呻姾妥杂呻娮佣挤Q(chēng)為子都稱(chēng)為載流子。載流子。它們成對(duì)它們成對(duì)出現(xiàn)，成出

2、現(xiàn)，成對(duì)消失。對(duì)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(fù)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(yè)下頁(yè)返回空穴空穴第 4 頁(yè) 在通常情況下，本征半導(dǎo)體中載流在通常情況下，本征半導(dǎo)體中載流子的數(shù)量是極其微弱的，其導(dǎo)電能力很子的數(shù)量是極其微弱的，其導(dǎo)電能力很差。差。 當(dāng)溫度增加，或受其他能量的激勵(lì)當(dāng)溫度增加，或受其他能量的激勵(lì)（如光照），電子的運(yùn)動(dòng)加劇，載流子（如光照），電子的運(yùn)動(dòng)加劇，載流子的數(shù)目增加，導(dǎo)電性能也就愈好，所以的數(shù)目增加，導(dǎo)電性能也就愈好，所以溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能影響很大。溫度對(duì)半導(dǎo)體器件

3、的性能影響很大。第 5 頁(yè)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(jià)元入少量的五價(jià)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(dǎo)體。半導(dǎo)體。多余價(jià)電子多余價(jià)電子少子少子多子多子正離子正離子在在n n型半導(dǎo)體中，電子是多子，空穴是少子。電子帶負(fù)電：型半導(dǎo)體中，電子是多子，空穴是少子。電子帶負(fù)電：negativenegative第1章上頁(yè)下頁(yè) n n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體返回第 6 頁(yè) p p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在硅或鍺中在硅或鍺中摻入三價(jià)元素，摻入三價(jià)元素，如硼或鋁、鎵，如硼或鋁、鎵，則形成則形成p p型半導(dǎo)型半導(dǎo)體。體。原理

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

5、擴(kuò)散并與空穴復(fù)合區(qū)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向 1.1. 1.1.3 第1章上頁(yè)下頁(yè)返回第 8 頁(yè)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向 在一定條件下，多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到在一定條件下，多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡。p區(qū)區(qū)n區(qū)區(qū)多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散少子漂移少子漂移第1章上頁(yè)下頁(yè)返回第 9 頁(yè) 在一定條件下，多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)在一定條件下，多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到動(dòng)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(chǎng)阻擋多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)。內(nèi)電場(chǎng)阻擋多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)。空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方

6、向內(nèi)電場(chǎng)方向pn多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散少子漂移少子漂移結(jié)結(jié) 論論 ：在在pn結(jié)中同時(shí)存在多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和少子的漂移運(yùn)動(dòng)。結(jié)中同時(shí)存在多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和少子的漂移運(yùn)動(dòng)。第1章上頁(yè)下頁(yè)返回第 10 頁(yè)p區(qū)區(qū)n區(qū)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)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(jìn)入空間電荷區(qū)區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)和一部分負(fù)離子中和和一部分負(fù)離子中和 n n區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū)電子進(jìn)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(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的正向電流。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的正向電流。第1章上頁(yè)下頁(yè)外加正向電壓外加正向電壓返回第 11 頁(yè)外電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)少子越過(guò)少子越過(guò)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(yè)下頁(yè) 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(yè)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?dǎo)電性 即即在在pnpn結(jié)上加正向電壓時(shí)，結(jié)上加正向電壓時(shí)，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(dǎo)通導(dǎo)通狀態(tài)）狀態(tài)） 加反向電壓時(shí)，加反向電壓時(shí)，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?fàn)顟B(tài)）狀態(tài)）切記切記第1

8、章上頁(yè)下頁(yè)返回第 13 頁(yè)1.2 1.2 半導(dǎo)體半導(dǎo)體二極管二極管表示符號(hào)表示符號(hào) 面接觸型面接觸型點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型引線(xiàn)引線(xiàn)觸絲觸絲外殼外殼n n型鍺片型鍺片n型硅型硅陽(yáng)極引線(xiàn)陽(yáng)極引線(xiàn)pnpn結(jié)結(jié)陰極引線(xiàn)陰極引線(xiàn)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(yè)下頁(yè)陰極陽(yáng)極d返回1.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)第 14 頁(yè)第1章上頁(yè)下頁(yè)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(yè)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(yè)下頁(yè)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(dǎo)通時(shí)的正向壓降：硅導(dǎo)通時(shí)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(dāng)當(dāng)pnpn結(jié)溫度升高時(shí)，結(jié)溫度升高時(shí)，反向電流明顯增加反向電流明顯增加。注 意:第 16 頁(yè)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(xiàn)第1章上頁(yè)下頁(yè)返回1.2.4 主要參數(shù)第 17 頁(yè)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(yè)下頁(yè)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(yè)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(yè)下頁(yè)pnp 管：管： ube0即即v vcvbib 或或 icib第1章上頁(yè)下頁(yè)返回晶體管起電流放大作用，必須滿(mǎn)足發(fā)射結(jié)正偏，晶體管起電流放大作用，必須滿(mǎn)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(dāng)基極電路由于外加電壓或電阻改變而引起當(dāng)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(shí)，必定使微小變化時(shí)，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(duì)集電極電流具有控制作用。管的基極電流對(duì)集電極

12、電流具有控制作用。第 21 頁(yè)1.2.3 特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn)ib = f (ube )uc e = 常數(shù)常數(shù)uce1v第1章上頁(yè)下頁(yè)返回ieibrbubicuccrc- - -ubeuceube/vib/ao第 22 頁(yè)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(yè)下頁(yè)返回ieibrbubicuccrc- - -ubeuce第 23 頁(yè)晶體管輸出特性曲線(xiàn)分三個(gè)工作區(qū)晶體管輸出特性曲線(xiàn)分三個(gè)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(yè)下頁(yè)返回第 24 頁(yè)晶體管三個(gè)工作區(qū)的特點(diǎn)晶體管三個(gè)工作區(qū)的特點(diǎn)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(xiàn)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(dāng)于開(kāi)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(dāng)于短路ceb+-+ceb+-+ceb+-+第1章上頁(yè)下頁(yè)返回第 25 頁(yè)p型襯底bsio2n+n+sdg 取一塊取一塊p型半導(dǎo)體作為襯底，型半導(dǎo)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(gè)孔。用光刻工藝腐蝕出兩個(gè)孔。 擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的擴(kuò)散兩個(gè)

14、高摻雜的n型區(qū)。型區(qū)。從而形成兩個(gè)從而形成兩個(gè)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(gè)是型區(qū)引出電極，一個(gè)是漏極漏極d，一個(gè)是源極，一個(gè)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(qiáng)型mosfet的結(jié)構(gòu)和符號(hào)g：gate ；d：drain ；s：source9第 26 頁(yè) 1 1 uds=0，ugs0sdgpn+n+sio型襯底dsugsu2=0空穴正離子電子負(fù)離子 ugs0將在絕緣層產(chǎn)生電場(chǎng)，將在絕緣層產(chǎn)生電場(chǎng)， 該電場(chǎng)將該電場(chǎng)將sio2絕緣層下方的絕緣層下方的空穴推走，同時(shí)將襯底的

15、電子吸引到下方，形成導(dǎo)電溝道?？昭ㄍ谱?，同時(shí)將襯底的電子吸引到下方，形成導(dǎo)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(shuō)這說(shuō)明明ugs對(duì)對(duì)id的控制作用。的控制作用。0dsun溝道增強(qiáng)型mosfet的工作原理 2 2 uds0，ugs0同時(shí)同時(shí)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(dá)到一定數(shù)值時(shí)，這的柵源電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，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(gè)形成了一個(gè)n型薄層，稱(chēng)之為反型型薄層，稱(chēng)之為反型層。層。 10第 27 頁(yè) nmos管和管和pmos管的通斷條件管的通斷條件 gdsugs+nmos當(dāng)當(dāng)ugsvt時(shí)導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通當(dāng)當(dāng)ugsvt時(shí)截止時(shí)截止 gdsugs+pmos當(dāng)當(dāng) ugs vt時(shí)導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通 當(dāng)當(dāng) ugs vt時(shí)截止時(shí)截止 mosmos管的