半導(dǎo)體基本器件及應(yīng)用電路

半導(dǎo)體基本器件及應(yīng)用電路第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.1半導(dǎo)體材料及導(dǎo)電特性1.1.1

本征半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3漂移電流與擴(kuò)散電流引言返回第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.1半導(dǎo)體材料及導(dǎo)電特性返回第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.1.1

本征半導(dǎo)體返回第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.1.1

本征半導(dǎo)體（intrinsicsemiconductor）返回第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一E

g（二）本征激發(fā)和兩種載流子a:空穴帶正電量b：空穴是半導(dǎo)體中所特有的帶單位正電荷的粒子，與電子電量相等，符號相反c：空穴在價(jià)帶內(nèi)運(yùn)動，也是一種載流子。在外電場作用下可在晶體內(nèi)定向移動空穴：自由電子載流子：帶單位負(fù)電空穴載流子：帶單位正電返回第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一（三）本征載流子（intrinsiccarrier）濃度

本征激發(fā)電子空穴E

g1電子空穴隨機(jī)碰撞復(fù)合（自由電子釋放能量）電子空穴對消失23本征激發(fā)動態(tài)平衡復(fù)合是電子空穴對的兩種矛盾運(yùn)動形式。返回第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.1.2

雜質(zhì)半導(dǎo)體（donorandacceptorimpurities）

3.3X1012分之一返回第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一（一）N型半導(dǎo)體（NTypesemiconductor）

室溫T=300k+++++5返回第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一（二）P型半導(dǎo)體（Ptypesemiconductor）----返回第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一（三）雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度本征半導(dǎo)體中載流子由本征激發(fā)產(chǎn)生：ni=pi摻雜半導(dǎo)體中（NorP）→摻雜越多→多子濃度↑→少子濃度↓雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子由兩個過程產(chǎn)生：雜質(zhì)電離→多子

本征激發(fā)→少子由半導(dǎo)體理論可以證明，兩種載流子的濃度滿足以下關(guān)系：1

熱平衡條件：溫度一定時(shí)，兩種載流子濃度積之，等于本征濃度的平方。N型半導(dǎo)體：若以nn表示電子（多子），pn表示空穴（少子）則有nn.pn=ni2P型半導(dǎo)體：pp表示空穴（多子），np表示電子濃度（少子）

Pp.np=ni22

電中性條件：整塊半導(dǎo)體的正電荷量與負(fù)電荷量恒等。

N型：

No表示施主雜質(zhì)濃度，則：nn=No+pn

P型：NA表示受主雜質(zhì)濃度，

Pp=NA+np由于一般總有No>>pnNA>>np所以有N型：nn≈No

且：

pn≈ni2/ND

P型：pp≈NA

np≈ni2/NA

多子濃度等于摻雜濃度少子濃度與本征濃度ni2有關(guān)，與溫度無關(guān)

隨溫度升高而增加，是半導(dǎo)體 元件溫度漂移的主要原因多子濃度少子濃度返回第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.1.3

漂移電流與擴(kuò)散電流半導(dǎo)體中有兩種載流子：電子和空穴，這兩種載流子的定向運(yùn)動會引起導(dǎo)電電流。引起載流子定向運(yùn)動的原因有兩種：由于電場而引起的定向運(yùn)動――漂移運(yùn)動。（漂移電流）由于載流子的濃度梯度而引起的定向運(yùn)動――擴(kuò)散運(yùn)動（擴(kuò)散電流）（一）漂移電流（driftcurrent）

在電子濃度為n,空穴濃度為p的半導(dǎo)體兩端外加電壓V，在電場E的作用下，空穴將沿電場方向運(yùn)動，電子將沿與電場相反方向運(yùn)動：EV●●●●●○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●返回第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一(二）擴(kuò)散電流（diffusioncurrent）光照

N型半導(dǎo)體x●●●●●●●○○○○○●●●n

(x)p

(x)載流子濃度熱平衡值熱平衡值x●●●●●●●○○○○○●●●●●●●●●●○○○○○●●●●●●●●●●○○○○○●●●返回第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一§1.2PN結(jié)原理1.2.2空間電荷區(qū)特點(diǎn)：1.2.1PN結(jié)的形成及特點(diǎn)返回第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一NP++++++++++++++++----------------§1.2PN結(jié)原理ENP++++++++++++++++----------------返回1.2.1PN結(jié)的形成及特點(diǎn)第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一一PN結(jié)的動態(tài)平衡過程和接觸電位消弱內(nèi)建電場ENP++++++++++++++++----------------ENP++++++++++++++++----------------熱平衡（動態(tài)平衡）返回第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.2.2空間電荷區(qū)特點(diǎn)：NP++++++++++++++++----------------Eρ電荷密度E電場強(qiáng)度φ電位qUФ內(nèi)建電位勢壘（電子勢能）qUФPN返回第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.3晶體二極管及應(yīng)用1．3．2二極管的電阻1．3．3二極管的交流小信號等效模型1.3.4二極管應(yīng)用電路1．3．1晶體二極管的伏安特性引言返回1．3．5穩(wěn)壓管1．3．6PN結(jié)電容1．3．7PN結(jié)的溫度特性1．3．8二極管主要參數(shù)第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.3晶體二極管及應(yīng)用NP++++++++++++++++----------------E1.3.1

晶體二極管的伏安特性返回第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.正向偏置，正向電流RUNP++++++++++++++++----------------UiDUφUφ-U擴(kuò)散iDiDiDiD++__返回第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一NP++++++++++++++++----------------2.反向偏置，反向電流RUUiRNP++++++++++++++++----------------UФUФ+UiRiRiRiR++__返回第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一Si（二）伏安特性Ge

1.0iDuD●UON●UON返回第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一Si（二）伏安特性iR=-IsGeSiGeU(BR)U(BR)

1.0iDuD返回第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一Si（二）伏安特性iR=-IsSiGeGeU(BR)U(BR)

1.0iDuD二極管擊穿后端電壓幾乎不變，具有穩(wěn)壓特性。返回第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一IDQ●UDiDuDuD（忽略R上的電壓）1．3．2二極管的電阻返回第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一rdCJSi

1.0iDuD●●在低頻工作時(shí)，CJ可忽略。電路仿真1．3．3二極管的交流小信號等效模型返回第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一uiui1.3.4二極管應(yīng)用電路1整流電路ui<0，二級管截止，iD=0，uo=0+uo-iDui>0，二級管導(dǎo)通，，uo=ui電路仿真2二極管限幅電路右圖為雙向的限幅電路如果設(shè)：二極管的開啟電壓UON=0.7V則有：|ui|<UON時(shí)，D1和D2都截止，回路中的電流iD=0，uo=ui。iD如果，ui>UON，D1導(dǎo)通D2截止，回路中的電流，利用二極管正向穩(wěn)壓特性，uo=UON

。如果，ui<-UON，D1截止D2導(dǎo)通，回路中的電流，uo=-UON

。uDiDUON電路仿真+uo-返回第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一ui1.3.4二極管應(yīng)用電路3二極管鉗位電路鉗位電路是一種能改變信號的直流電壓成分的電路，下圖是一個簡單的二級管鉗位電路的例子。uc=2.5Vuo設(shè)輸入信號ui為幅度+2.5V的方波信號，ui2.5V-2.5V當(dāng)ui<0時(shí)，D導(dǎo)通，回路中的電流iD對電容C充電，由于rd較小，充電時(shí)間常數(shù)=C

rd很小，充電迅速，使:uc=ui=2.5V，uo=ui–uc=ui–2.5V=0而當(dāng)ui>0時(shí)，D截止，iD=0，回路無法放電，使電容C的電壓保持uc=ui=2.5V，而輸出電壓：uo=ui+uc=ui+2.5V=5VVo5V電路仿真返回第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一IZminIZmax●UZIZΔUZ1．3．5穩(wěn)壓管返回第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一UiUZUDIZminIZmax●UZIZΔUZ電路仿真返回第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一IZminIZmax●UZIZΔUZrzIzUZUZ返回第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一返回第32頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1．3．6PN結(jié)電容++++++++++++++++----------------RUU++__iR++++++++++++++++----------------C·CTUDuDrTCT返回第33頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一載流子濃度。。。。。。。。。。。。。。。。ΔQpΔQn.................

PNU+ΔU⊕⊕⊕⊕⊕⊕------。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。