模电助教版第1章 常用半导体器件D2

模拟电子技术基础引言“电子技术”开设两门课——“模拟电子技术”“数字电子技术”教材与参考书见P629要求：内容（目录）作业、考试课程地位发展与应用（研究电子器件及其应用的一门学科。或基于半导体器件。）两门课的区别：·消息信息信号电信号模拟电信号——模拟电路——模拟系统如TV数字电信号——数字电路——数字系统如PC脉冲信号——脉冲电路模数转换（A/D，D/A）——“并存”、“兼容”、数字化原因声音图像方波L=0H=1+14模电第一章常用半导体器件1.1半导体器件工作机理1.1.1半导体的导电特性P597分:导体(10-4·cm),半导体(10－3～10＋9·cm),绝缘体(10+10·cm).+4价电子原子核惯性核简化模型(b)：Si14原子结构模型(a):一、本征半导体例:单晶硅(本征硅Si14)例:单晶硅(本征硅Si14)例:单晶硅(本征硅Si14)一、本征半导体—价电子、共价键、自由电子+14Si14原子结构模型(a):价电子原子核+4惯性核简化模型(b)：例:单晶硅(本征硅Si14)+4+4+4+4+4+4+4+4一、本征半导体—价电子、共价键、自由电子+14Si14原子结构模型(a):晶体与非晶体晶格与单晶例:单晶硅(本征硅Si14)+4+4+4+4+4+4+4+4一、本征半导体—“电子空穴对”、“复合”、两种载流子—本征激发(热激发)ni(T)=pi(T)—价电子、共价键、自由电子动态平衡(光激发)热敏元件光敏元件晶体与非晶体晶格与单晶+5+4+4+4+4+4+4+4ni(T)pi(T)二、杂质半导体1.N型半导体:掺入P15施主原子多子:电子少子:空穴N型半导体的简化示图正离子多数载流子少数载流子negative少子浓度——与温度有关多子浓度——与温度无关+3+4+4+4+4+4+4+4ni(T)pi(T)二、杂质半导体2.P型半导体:掺入B5受主原子多子:空穴少子:电子---------------P型半导体的简化示图负离子多数载流子少数载流子positive少子浓度——与温度有关多子浓度——与温度无关1.1.2PN结的形成P6011.扩散与漂移运动——内建电场E——动态平衡2.PN结、“空间电荷层”、“势垒区”、“阻挡层:”、“耗尽层”、“电阻”(高阻区)---------------P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴(PNJunction)1.1.2PN结的形成P6011.扩散与漂移运动——内建电场E——动态平衡2.PN结、“空间电荷层”、“势垒区”、“阻挡层:”、“耗尽层”、“电阻”(高阻区)P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴---------------负离子PN结正离子E内(PNJunction)---------------负离子PN结正离子E内P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴1.1.2PN结的形成P6011.扩散与漂移运动——内建电场E——动态平衡2.PN结、“空间电荷层”、“势垒区”、“阻挡层:”、“耗尽层”、“电阻”(高阻区)(PNJunction)---------------负离子PN结正离子E内P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴1.1.2PN结的形成P6011.扩散与漂移运动——内建电场E——动态平衡2.PN结、“空间电荷层”、“势垒区”、“阻挡层:”、“耗尽层”、“电阻”(高阻区)(PNJunction)---------------负离子PN结正离子E内P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴1.1.2PN结的形成P6011.扩散与漂移运动——内建电场E——动态平衡2.PN结、“空间电荷层”、“势垒区”、“阻挡层:”、“耗尽层”、“电阻”(高阻区)(PNJunction)1.1.3PN结的单向导电性(定性分析)1.外加正向电压(“正偏”)—正向电流IF2.外加反向电压(“反偏”)—反向电流IR3.PN结具有单向导电性。(IFIR)4.PN结的伏安特性(定量分析)P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴---------------负离子PN结正离子E内正向偏置—forwardbias反向偏置—reversebias1.1.3PN结的单向导电性(定性分析)1.外加正向电压(“正偏”)—正向电流IF2.外加反向电压(“反偏”)—反向电流IR3.PN结具有单向导电性。(IFIR)4.PN结的伏安特性(定量分析)+V-P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴---------------负离子PN结正离子E内RI(IF)+U-E外限流电阻---------------负离子PN结正离子E内R+V-I(IF)+U-E外P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴1.1.3PN结的单向导电性(定性分析)1.外加正向电压(“正偏”)—正向电流IF2.外加反向电压(“反偏”)—反向电流IR3.PN结具有单向导电性。(IFIR)4.PN结的伏安特性(定量分析)限流电阻---------------负离子PN结正离子E内R-V+I(IR)+U-E外1.1.3PN结的单向导电性(定性分析)1.外加正向电压(“正偏”)—正向电流IF2.外加反向电压(“反偏”)—反向电流IR3.PN结具有单向导电性。(IFIR)4.PN结的伏安特性(定量分析)P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴限流电阻---------------负离子PN结正离子E内R-V+I(IR)+U-E外1.1.3PN结的单向导电性(定性分析)1.外加正向电压(“正偏”)—正向电流IF2.外加反向电压(“反偏”)—反向电流IR3.PN结具有单向导电性。(IFIR)4.PN结的伏安特性(定量分析)P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴限流电阻---------------负离子PN结正离子E内R-V+I(IR)+U-E外1.1.3PN结的单向导电性(定性分析)1.外加正向电压(“正偏”)—正向电流IF2.外加反向电压(“反偏”)—反向电流IR3.PN结具有单向导电性。(IFIR)4.PN结的伏安特性(定量分析)P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴限流电阻---------------负离子PN结正离子E内R-V+I(IR)+U-E外P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴I=IS(eU/UT-1)a.正偏UUT时:I=IFISeU/UTb.反偏U0时:I=IR-IS(“反向饱和电流”)1.1.3PN结的单向导电性(定性分析)1.外加正向电压(“正偏”)—正向电流IF2.外加反向电压(“反偏”)—反向电流IR3.PN结具有单向导电性。(IFIR)4.PN结的伏安特性(定量分析)reversesaturationcurrent限流电阻UBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性1.1.3PN结的单向导电性(定性分析)1.外加正向电压(“正偏”)—正向电流IF2.外加反向电压(“反偏”)—反向电流IR3.PN结具有单向导电性。(IFIR)4.PN结的伏安特性(定量分析)I=IS(eU/UT-1)a.正偏UUT时:I=IFISeU/UTb.反偏U0时:I=IR-IS(“反向饱和电流”)UBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性1.1.3PN结的单向导电性(定性分析)1.外加正向电压(“正偏”)—正向电流IF2.外加反向电压(“反偏”)—反向电流IR3.PN结具有单向导电性。(IFIR)4.PN结的伏安特性(定量分析)I=IS(eU/UT-1)a.正偏UUT时:I=IFISeU/UTb.反偏U0时:I=IR-IS(“反向饱和电流”)1.1.4PN结的击穿特性反向击穿电压UBR齐纳与雪崩击穿电击穿与热击穿1.2半导体二极管P3UBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性+V-P型多子空穴少子电子N型多子电子少子空穴---------------负离子PN结正离子E内RI(IF)+U-E外+PN-正极负极(阳极)(阴极)1.2.1半导体二极管的结构和类型结构—符号(D)—类型(Si,Ge)A(anode)C(cathode)(Diode)UBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性I+U-VF=0.7(Si),0.3(Ge)Uth=0.5(Si),0.1(Ge)1.2.2二极管的特性和参数开启电压(阈值电压、门坎电压、死区电压)(Uth、Vth)—导通电压Uon(Von)(正向电压VF)(恒压特性)—反向击穿电压UBR—最大整流电流IF1.2半导体二极管P31.2.1半导体二极管的结构和类型结构—符号(D)—类型(Si,Ge)直流参数交流参数极限参数thresholdvoltageUBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性I+U-VF=0.7(Si),0.3(Ge)Uth=0.5(Si),0.1(Ge)符号(DZ)稳定电压UZ动态电阻rZ=UZ/IZI1+U1-(－UZ,－IZ)R＋1kUI(12V)－I1+U1-RL1.2.3稳压二极管、光电二极管、发光二极管P131.2半导体二极管P3rZ愈小，则反向击穿特性愈陡，稳压特性愈好。UBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性I+U-VF=0.7(Si),0.3(Ge)Uth=0.5(Si),0.1(Ge)I1+U1-I2+U2-1.2半导体二极管P31.2.3稳压二极管、光电二极管、发光二极管发光二极管LED(LightEmittingDiode)一般工作电流几mA，导通电压(12)V发光类型：可见光：红、黄、绿、白等不可见光：红外光应用：指示，显示，照明，通信，武器，能量传输等UBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性I+U-VF=0.7(Si),0.3(Ge)Uth=0.5(Si),0.1(Ge)I1+U1-I2+U2-1.2半导体二极管P31.2.3稳压二极管、光电二极管、发光二极管光敏二极管E=200lxE=400lxE=0lx··UBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性I+U-VF=0.7(Si),0.3(Ge)Uth=0.5(Si),0.1(Ge)I1+U1-I2+U2-1.2半导体二极管P31.2.3稳压二极管、光电二极管、发光二极管光敏二极管E=200lxE=400lxE=0lx··光电效应[内光电效应、外光电效应]光电传感器UBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性I+U-VF=0.7(Si),0.3(Ge)Uth=0.5(Si),0.1(Ge)I1+U1-I2+U2-1.2半导体二极管P31.2.3稳压二极管、光电二极管、发光二极管光敏二极管E=200lxE=400lxE=0lx··光伏效应太阳能电池（光电池）UBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性I+U-VF=0.7(Si),0.3(Ge)Uth=0.5(Si),0.1(Ge)I1+U1-I2+U2-1.2半导体二极管P31.2.3稳压二极管、光电二极管、发光二极管E=200lxE=400lxE=0lxI1+U1-I2+U2-+12VR1k+12VR1k计数，报警，节电节水控制；测速；遥控器，光纤通信，光驱，PC串口；光电耦合器(实现电气隔离)等.UBRU(V)00.30.7I(mA,A)21-IS-0.1(nA,A)正向特性反向特性反向击穿特性I+U-VF=0.7(Si),0.3(Ge)