模电第一章课件.ppt

1、 sisiGe锗原子锗原子Ge+4+4 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构共价键共价键+4+4+4+4+4+4+4+4+4在绝对温度在绝对温度T=0K时，时，所有的价电子都被共价键所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不紧紧束缚在共价键中，不会成为会成为自由电子自由电子，因此本因此本征半导体的导电能力很弱征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。，接近绝缘体。当温度升高或受到当温度升高或受到光的照射时，束缚光的照射时，束缚电子能量增高，有电子能量增高，有的电子可以挣脱原的电子可以挣脱原子核的束缚，而参子核的束缚，而参与导电，成为与导电，成为自由自由电子电子。自由电子自由电子+4+4+4

2、+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自由电子产生的自由电子产生的同时，在其原来的共同时，在其原来的共价键中就出现了一个价键中就出现了一个空位，称为空位，称为空穴空穴。可见本征激发同时产生可见本征激发同时产生电子空穴对。电子空穴对。外加能量外加能量越高（越高（温度越高），产温度越高），产生的电子空穴对越多。生的电子空穴对越多。在一定温度下，本征激发在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓态平衡。电子空穴对的浓度一定。度一定。常温常温300K时：时：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度硅：硅：310cm1043.1锗：锗：313cm1038.2自由电子自由

3、电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称也称热激发热激发。多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴 空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+3+4+4多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子 内电场E+P型半导体+N型半导体+空间电荷区空间电荷区多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层少子飘移少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散多子

4、扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，EP型半导体+N型半导体+内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：动态平衡：扩散电流扩散电流 漂移电流漂移电流总电流总电流0 加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I F F+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场E正向电流正向电流 外电场的方向与内电场方向相同。

5、外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场外电场加强内电场 耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I s s+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRPN 在一定的温度下，由本在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是征激发产生的少子浓度是一定的，故一定的，故Is基本上与外加基本上与外加反压的大小无关反压的大小无关，所以称所以称为为反向饱和电流反向饱和电流。但。但Is与温与温度有关。度有关。PN结加正向电压时，具有较大的正向结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，扩散电流，呈现低电阻，PN结导通；结导通；PN结加

6、反向电压时，具有很小的反向结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。结截止。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导结具有单向导电性。电性。)1(kTquseIisI)1(TUuseIi正偏正偏IF（多子扩散）（多子扩散）Is（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏 当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。，就像电容充放电一样。空空间间电电荷荷区区W+R+E+PNCbCd1.2半导体二极管半导体二极管

7、二极管二极管=PN结结+管壳管壳+引线引线结构结构NP符号符号阳极阳极+阴极阴极-1、点接触型二极管、点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，N型锗正极引线负极引线外壳金属触丝2、面接触型二极管面接触型二极管 负极引线正极引线N型硅P型硅铝合金小球底座SiO2正 极 引 线负 极 引 线N型 硅P型 硅 硅：硅：0.5 V 锗：锗：0.1 V1、正向特性正向特性导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流2、反向特性反向特性死区死区电压电压iu0击穿电压击穿电压UBR实验曲线实验曲线uEiVmAuEiVuA锗锗 IUrd 例：例：IR10VE1k)1(eTSUuIiD非线性器件

8、非线性器件iu0iuRLC线性器件线性器件Riu 二极管的模型二极管的模型iuDU+-uiDUDU串联电压源模型串联电压源模型DUu DUu U D 二极管的导通压降。硅管二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管；锗管 0.3V。理想二极管模型理想二极管模型ui正偏正偏反偏反偏-+iu导通压降导通压降二极管的二极管的VA特性特性-+iuiu0 DDdiur半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整

9、流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge，C为为N型型Si，D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。2022-12-7 1.3 晶体三极管 晶体三极管，也叫半导体三极管。晶体三极管，也叫半导体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管。双极型晶体管。NPN型PNP型符号符号:三极管的结构特点三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。（2）基区要制造得很薄且浓

10、度很低。）基区要制造得很薄且浓度很低。-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-PPN发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极 I E=I EN+I EP。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBINNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOICBOCNCIII BCEIII BCII_基极注入的电流传输到集电极的电流_BCII_BCEIIIBBBBCEIIIIII)1(_ 常数CEUBEBufi)(常数BiCECufi)(一、一、输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE)uCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci（1

11、）uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu（3）uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。（2）当）当uCE=1V时，时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，合减少，在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。减小。特性曲线将向右稍微移动一些。开启电压开启电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通压降导通压降硅硅 0.7V锗锗 0.3V二、输出特性曲线二、输出特性曲线 iC=f(u

12、CE)iB=const 现以现以iB=60uA一条加以说明。一条加以说明。（1）当）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）uCE Ic 。（3）当当uCE 大于一定值大于一定值后，收集电子的能力足后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收区的电子都被集电极收集，形成集，形成iC。所以。所以uCE再再增加，增加，iC基本保持不变。基本保持不变。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲线。其他值的曲线。iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB 输出特性曲线

13、可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区饱和区发射结正偏，集电结也正偏，发射结正偏，集电结也正偏，iC受受uCE显著控制的区域。显著控制的区域。截止区截止区放大区放大区 曲线基本平行等曲线基本平行等 距。距。此时，发此时，发 射结正偏，集电射结正偏，集电 结反偏。结反偏。该区中有：该区中有：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区 _BCBOCIII _BCII_CBOIECII_ 3.极间反向电流极间反向电流（2）集电极发射极间的穿）集电极发射极间的穿透电流透电流ICEO

14、 基极开路时，集电极到发射基极开路时，集电极到发射极间的电流极间的电流穿透电流穿透电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。（1）集电极基极间反向饱和电流）集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是它实际上就是一个一个PNPN结的反向电流。结的反向电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。锗管：锗管：I CBO为微安数量级，为微安数量级，硅管：硅管：I CBO为纳安数量级。为纳安数量级。+ICBOecbICEO常量CEUBCii常量BECUCiiTfiCE=20uA(mA)B=40uAI

15、Cu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取一般取20200之间之间2.31.5 3.极限参数极限参数使使 值值 明显减小的明显减小的Ic称为最大集电极电称为最大集电极电ICM。2、最大集电极电流、最大集电极电流ICM1、集电极最大允许功率损耗、集电极最大允许功率损耗PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PC=ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCM决定于晶体管的温升，对于确定型号的晶体管是一个确定值决定于晶体管的温升，对于确定型

16、号的晶体管是一个确定值晶体管的某一电极开路时晶体管的某一电极开路时,另外的两个电极所允许加的最高反另外的两个电极所允许加的最高反向电压即为极间反向击穿电压向电压即为极间反向击穿电压.U（BR）CBO发射极开路时，集电极与基极之间允许的发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般为几十伏几百伏。最大反向电压。其值一般为几十伏几百伏。U（BR）CEO基极开路时，集电极与发射极之间允许的最基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压。大反向电压。-(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU U（BR）EBO集电极开集电极开路时，发射极与基极之间允许的路时，发射极与基极之间允许

17、的最大反向电压。其值一般几伏最大反向电压。其值一般几伏十几伏。十几伏。2022-12-7 半导体三极管的型号半导体三极管的型号第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例

18、如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B 1.4 场效应管 BJT是一种电流控制元件是一种电流控制元件(iB iC)，工作时，多数载流子和，工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道FET分类：分类：绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管结型场效应管 场效应管（场效应管（Field Effect Transistor简称简称FET）是一种电压控）是一种电压控制器件制器件(uGS iD)，FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特

19、因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。-gsdb(a)源极栅极漏极氧化层(SiO2)BWP型衬底NNL耗尽层A1层SGD-P衬底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P衬底gDDV+Nd+bNVGGid-s二氧化硅P衬底gDDV+Nd+bNVGGid-二氧化硅NisdNVb+DDdVP衬底GGg-GGbVd二氧化硅siNgDD+dP衬底VN+-P衬底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVgi(V)(mA)DDSuGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSi(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3

20、VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V)uGS246)iUUI()Uu(IiD)th(GSGSDO)th(GSGSDOD时的时的为为212 -g漏极s+N衬底P衬底源极d栅极bN+-sbgd-p+pd漏极源极s栅极gN-gsd-gdsNgds+pVGG+ppsd+gGGNV+pNGGg+sdpVp+Ngds+p+pdiVDDdsNgdi+pp+VDDNgsdidDDVp+p+sidgVdDDp+p+sgVdDDdiGGVp+p+u=-3VDSGSuGS=-1VuuuGS(mA)=-2VDiGS=0Vu=-3VDSGSuGS=-1VuuuGS(mA)=-2VDiGS=0VuuGS=0Vu0u(mA)1u=-3VD-3-1310VDS2(mA)GS(V)21-44iu=-1VD-2GSGSGS4i(V)3=-2V1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD)0()1()(2)(GSoffGSoffGSGSDSSDuUUuIi