半导体器件基础..ppt

计算机电路基础 第二章 半导体器件基础 学习要点 PN结的形成和单向导电性 二极管的伏安特性 半导体三极管的基本结构、工作原理 三极管的伏安特性 MOS场效应管的结构、工作原理和伏安特性曲线 结型场效应管的结构、工作原理和伏安特性曲线 第2章 半导体器件基础 2.1 半导体基础知识 2.1.1 半导体及其特点 热敏性：半导体的电阻率随温度升高而显著减小。 常用于检测温度的变化。 对其他工作性能有不利的影响。 光敏性：在无光照时电阻率很高，但一有光照电阻率则 显著下降。 利用这个特性可以制成光敏元件。 杂敏性：在纯净的半导体中加入杂质，导电能力猛增几 万倍至百万倍。 利用这个特性可以制造出具有不同性能用途的半导体器件。 2.1.2 本征半导体 本征半导体 共价键结构、自由电子、空穴 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。 在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。空穴带正电，运动相当于正电荷的运动。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，是影响半导体导电性能的重要因素。 在本征半导体中有电子和空穴2种载流子，而金属导体中只有电子一种载流子，但在本征半导体中载流子的浓度远远低于后者，所以导电能力不如金属。 杂质半导体：在纯净的半导体单晶体中有选择地掺入微量杂质元素，并控制掺入的杂质元素 的种类和数量。杂质可以提高半导体的导电能力，并可以精准的控制半导体的导电能力。 根据加入的杂质不同可以分为N型半导体和P型半导体。 2.1.3 N 型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，因此也称为施主原子。 N 型半导体中的载流子是什么？ 因为掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。 自由电子称为多数载流子（多子） 空穴称为少数载流子（少子）。 2.1.4 P 型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，因此也称为受主原子。 P 型半导体中的载流子是什么？ P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。 杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。 2.2 PN结与半导体二极管 载流子的漂移运动和扩散运动。 漂移运动： 在电场力的作用下，半导体中的载流子产生定向运动。形成的电流叫漂移电流。电场越强，载流子漂移速度越高；载流子的浓度越大，参与漂移运动的载流子数目越多，漂移电流就越大。 扩散运动： 当半导体受光照射或有载流子从外界注入时，半导体内载流子浓度分布不均匀。这时载流子从浓度高的区域向浓度低的区域运动。载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。 2.2.1 PN结的形成 2.2.2 PN结的单向导电性 2.2.3 PN结电容 结电容工作原理 在外加反向电压时作用显著，而外加正向电压时作用不明显。 无线电接收设备中的自动频率控制，就是应用结电容大小的变化来达到自动调谐的目的。 扩散电容工作原理 与通过其中的电流成正比。 在PN结正向导通时扩散电容的数值较大，反向截止时扩散电容的数值较小可以忽略。 2.2.4 二极管的基本结构 2.2.5 二极管的伏安特性 2.2.6 二极管的主要参数 2.2.7 二极管的等效电路及应用 2.2.8 特种二极管 其它特殊功能和特殊用途的二极管 肖特基二极管：金属－半导体结。具有单向导电性。特点：储存电荷时间小，开关时间短 死区电压很小，0.3V左右。 变容二极管：反向偏置时电阻很大。特点：电容数值很小，用于高频电路。 发光二极管：多用于工程中。特点：光的频率较高，波长较短呈绿色。 死区电压比普通二极管高，1.6V以上。 应用时在二极管加正向电压，并接入相应的限流电阻，发光强