半導(dǎo)體器件物理教學(xué)課件分享2

半導(dǎo)體器件物理教學(xué)課件免費(fèi)分享本課件旨在為學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件物理的同學(xué)提供一個(gè)系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)資源，涵蓋半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)、PN結(jié)、場(chǎng)效應(yīng)管、功率器件、微波器件和電荷耦合器件等內(nèi)容。課件目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)幫助學(xué)生理解半導(dǎo)體器件的基本原理和工作機(jī)制，掌握相關(guān)理論知識(shí)和計(jì)算方法。能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，能夠獨(dú)立完成半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)回顧原子結(jié)構(gòu)回顧原子結(jié)構(gòu)，了解電子能級(jí)和電子排布。化學(xué)鍵講解離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵，以及它們?cè)诎雽?dǎo)體材料中的作用。晶體結(jié)構(gòu)介紹半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)，如硅和鍺的晶格結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)概述1晶格原子在空間按一定規(guī)律排列形成的周期性結(jié)構(gòu)。2晶胞晶格中重復(fù)出現(xiàn)的最小結(jié)構(gòu)單元。3晶格常數(shù)晶胞的邊長(zhǎng)。4晶格類型簡(jiǎn)單立方、體心立方、面心立方、六方密堆積等。能帶理論簡(jiǎn)介1能帶在固體中，電子能級(jí)不再是孤立的，而是形成連續(xù)的能帶。2導(dǎo)帶電子可以自由移動(dòng)的能帶。3價(jià)帶電子被束縛在原子核附近的能帶。4禁帶導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能量間隔，電子不能存在的能量區(qū)域。載流子濃度統(tǒng)計(jì)n電子濃度自由電子在導(dǎo)帶中的濃度，影響半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。p空穴濃度價(jià)帶中缺少電子形成的空穴，也是一種載流子。PN結(jié)工作原理擴(kuò)散電流當(dāng)PN結(jié)形成時(shí)，載流子會(huì)從高濃度區(qū)域擴(kuò)散到低濃度區(qū)域，產(chǎn)生擴(kuò)散電流。漂移電流由于擴(kuò)散電流，PN結(jié)內(nèi)形成電場(chǎng)，使載流子受到電場(chǎng)力作用，產(chǎn)生漂移電流。PN結(jié)電流-電壓特性1正向偏置外加電壓與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向一致，電流增大。2反向偏置外加電壓與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，電流很小，但存在微弱的漏電流。3擊穿電壓反向電壓超過(guò)擊穿電壓，PN結(jié)將被擊穿，電流急劇增大。二極管基本參數(shù)正向電壓降二極管導(dǎo)通時(shí)的電壓降，通常為0.7V左右。反向電流二極管反向偏置時(shí)的微弱電流。擊穿電壓二極管反向偏置時(shí)，發(fā)生擊穿的電壓值。二極管應(yīng)用電路金屬-半導(dǎo)體接觸歐姆接觸金屬與半導(dǎo)體之間形成的低電阻接觸，載流子可以自由通過(guò)。肖特基接觸金屬與半導(dǎo)體之間形成的勢(shì)壘，載流子通過(guò)勢(shì)壘需要克服能量勢(shì)壘。肖特基二極管結(jié)構(gòu)由金屬和半導(dǎo)體形成的PN結(jié)，具有較低的正向電壓降和更快的開(kāi)關(guān)速度。肖特基二極管特性優(yōu)勢(shì)較低的正向電壓降，更快的開(kāi)關(guān)速度，更高的效率。應(yīng)用用于高頻電路、開(kāi)關(guān)電源、無(wú)線通信等。場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)造1柵極控制電流流動(dòng)的電極，類似于二極管的控制柵。2源極電流流入場(chǎng)效應(yīng)管的電極。3漏極電流流出場(chǎng)效應(yīng)管的電極。4襯底場(chǎng)效應(yīng)管的基底材料，通常為硅。場(chǎng)效應(yīng)管工作原理1增強(qiáng)型柵極電壓控制溝道形成，電流由柵極電壓控制。2耗盡型溝道已經(jīng)存在，柵極電壓控制溝道寬度，從而控制電流。MOSFET參數(shù)分析1閾值電壓柵極電壓達(dá)到閾值電壓時(shí)，溝道開(kāi)始形成，電流開(kāi)始流動(dòng)。2跨導(dǎo)柵極電壓變化引起漏極電流變化的比值，反映場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力。3輸出電阻漏極電流變化引起的漏極電壓變化的比值，反映場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性。MOSFET靜態(tài)特性Ids漏極電流漏極電流隨柵極電壓和漏極電壓的變化關(guān)系。Vgs柵極電壓柵極電壓控制漏極電流的大小。Vds漏極電壓漏極電壓影響漏極電流的流動(dòng)。MOSFET動(dòng)態(tài)特性開(kāi)關(guān)速度場(chǎng)效應(yīng)管從關(guān)斷狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)，或者從導(dǎo)通狀態(tài)到關(guān)斷狀態(tài)的時(shí)間。電流增益輸入信號(hào)電流變化引起的輸出電流變化的比值。MOSFET應(yīng)用電路偏置電路設(shè)計(jì)電阻偏置利用電阻分壓產(chǎn)生穩(wěn)定的柵極電壓，控制漏極電流。電容耦合利用電容耦合實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入和輸出，避免直流信號(hào)的干擾。功率器件介紹功率二極管用于高功率應(yīng)用的二極管，具有更高的電流承受能力和電壓承受能力。功率晶體管用于高功率應(yīng)用的晶體管，具有更高的電流放大能力和功率處理能力。IGBT絕緣柵雙極型晶體管，兼具M(jìn)OSFET的高輸入阻抗和雙極型晶體管的高電流能力。功率二極管工作原理正向?qū)ㄕ蚱脮r(shí)，二極管導(dǎo)通，電流通過(guò)二極管。反向阻斷反向偏置時(shí)，二極管阻斷，電流無(wú)法通過(guò)二極管。功率晶體管特性電流放大倍數(shù)功率晶體管的電流放大倍數(shù)較高，可以放大較大的電流。功率承受能力功率晶體管可以承受較高的功率，適合用于高功率應(yīng)用。IGBT結(jié)構(gòu)與工作1結(jié)構(gòu)IGBT由MOSFET的柵極控制和雙極型晶體管的電流放大組成。2工作原理柵極電壓控制MOSFET的導(dǎo)通，從而控制雙極型晶體管的電流放大。IGBT模型與特性1開(kāi)關(guān)速度IGBT的開(kāi)關(guān)速度較快，適合用于高速開(kāi)關(guān)應(yīng)用。2電流承受能力IGBT可以承受較大的電流，適合用于高功率應(yīng)用。3電壓承受能力IGBT可以承受較高的電壓，適合用于高壓應(yīng)用。微波二極管工作機(jī)理隧道二極管利用量子隧穿效應(yīng)工作，具有負(fù)阻特性，可用于微波放大和振蕩。耿氏二極管利用電荷積累和釋放過(guò)程產(chǎn)生負(fù)阻，可用于微波放大和振蕩。IMPATT二極管利用載流子漂移和碰撞電離過(guò)程產(chǎn)生負(fù)阻，可用于微波放大和振蕩。微波晶體管分類1雙極型利用雙極型晶體管原理工作，適合用于高頻和微波應(yīng)用。2場(chǎng)效應(yīng)型利用場(chǎng)效應(yīng)管原理工作，具有更高的頻率特性和更低的噪聲。電荷耦合器件原理結(jié)構(gòu)由多個(gè)電容耦合形成的電荷存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)和傳輸電荷信號(hào)。工作原理通過(guò)電荷轉(zhuǎn)移和讀取過(guò)程，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的存儲(chǔ)和讀取。發(fā)展趨勢(shì)與展望微型化半導(dǎo)體器件尺寸不斷縮小，提高集成度和性能。高性能半導(dǎo)體器件性能不斷提升，例如更高的頻率、更低的功耗。智能化半導(dǎo)體器件