秋低频电子线路常用半导体器件原理PPT课件.ppt
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1、低频电子线路低频电子线路(3)(3)山东大学 信息科学与工程学院 刘志军1 1.回顾上节课回顾上节课n n第四章 常用半导体器件原理n n4.14.1半导体物理基础半导体物理基础n n物质按导电性能分类物质按导电性能分类n n半导体三大特性半导体三大特性n n本征半导体本征半导体n n共价键结构共价键结构n n两种载流子的概念两种载流子的概念n n载流子的产生载流子的产生n n杂质半导体杂质半导体n n半导体中的电流半导体中的电流2 2.本节课内容本节课内容n n4.2 PN结 PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的击穿特性 PN结的电容特性 PN结的电阻特性 PN结的温度特性3 3.4.
2、2 PN4.2 PN结结n nPN结是通过采用半导体工艺制作,使N型和P型半导体在其结合处(界面)所形成的一结合处(界面)所形成的一种特殊结构(薄层),它具有特殊的物理种特殊结构(薄层),它具有特殊的物理性质性质。n nPN结是构成半导体器件的核心结构核心结构。n nPN结是半导体器件的心脏心脏。4 4.PNPN结形成(图示)结形成(图示)5 5.4.2.1 PN4.2.1 PN结的形成结的形成n nPN结形成 的“三步曲三步曲”(1)多数载流子的 扩散运动扩散运动。(2)空间电荷区和少数载流子的 漂移运动漂移运动。(3)扩散运动与漂移运动的 动态平衡动态平衡。-精品课网站有动态演示6 6.势
3、垒区的形成(图示)势垒区的形成(图示)7 7.空间电荷区(耗尽层)空间电荷区(耗尽层)n nPNPN结建立在在结建立在在N N型和型和P P型半导体的结合处,由于扩型半导体的结合处,由于扩散运动,失空穴和电子后形成不能移动的散运动,失空穴和电子后形成不能移动的负离子负离子负离子负离子和正离子状态和正离子状态和正离子状态和正离子状态,这个区域称为,这个区域称为 空间电荷区(空间电荷区(空间电荷区(空间电荷区(耗尽耗尽耗尽耗尽层)。层)。层)。层)。n nPNPN结结的的其它名称其它名称其它名称其它名称n n自建电场自建电场n n势垒区势垒区n n阻挡层阻挡层n nPNPNPNPN结很窄结很窄结很
4、窄结很窄(几个到几十个(几个到几十个 m)m)。8 8.耗尽层的特点耗尽层的特点n n耗尽层的 区域范围大小 与掺杂浓度与掺杂浓度 有关n n对称结对称结(PNPN)n n非对称结非对称结(PNPN+或或 P P+NN)9 9.非对称非对称PN结结 1010.势垒区的作用势垒区的作用n n势垒区势垒区 使自由电子和空穴的扩散运动受阻(要爬一个高坡)。1111.自建电场自建电场n n其中 UT=KT/q,热当量电压热当量电压n n当 T=300K时,UT26mV1212.4.2.2 PN4.2.2 PN结的单向导电特性结的单向导电特性n n当外加电压时,PN结的结构将发生一些变化(空间电荷区的宽
5、窄变化)。n n外加电压施加于PN结的不同方向,其效果是根本不同的。1313.(1)PN结外加正向电压结外加正向电压n n正向偏置正向偏置(Positive Biasing)n n正确接法:正确接法:P P接电源正,接电源正,N N接电源负接电源负n n产生效果:外电场与内电场方向相反(削弱内电场),使 PNPN结变窄结变窄。n n扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动n n称为“正向导通正向导通”1414.PN结外加正向电压(图)结外加正向电压(图)1515.(2)PN结外加反向电压结外加反向电压n n反向偏置反向偏置(Negative Biasing)n n正确接法:正确接法:P P接电源负,接
6、电源负,N N接电源正接电源正n n产生效果:外电场与内电场方向相同(增强内电场),使PNPN结变宽结变宽。n n扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动n n称为“反向截止反向截止”1616.PN结外加反向电压(图)结外加反向电压(图)1717.(3)PN结电流方程结电流方程n n流过PN结的电流i与外加电压 u 之间关系为 i=IS(e qu/KT 1)=IS(e u/UT T 1)其中其中 U UT T=kT/q=kT/q I IS S-反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流1818.PN结伏安特性结伏安特性(Voltampere Characteristic)(Voltampere
7、Characteristic)n n由上式 i=IS(e u/UT T 1)n n当u u为正时为正时 i IS(e+u/UT T)n nPNPN结外加正电压时,流过电流为正电压的结外加正电压时,流过电流为正电压的e e指指数关系。数关系。n n当u u为负时为负时 i=IS(e u/UT T 1)ISn nPNPN结外加负电压时流过电流为饱和漏电流。结外加负电压时流过电流为饱和漏电流。1919.PN结伏安特性结伏安特性n n单向导电性单向导电性(Unidirectional Conductibility)(Unidirectional Conductibility)n n 正向导通正向导通(
8、Positive Conduction)(Positive Conduction)n n 反向截止反向截止(Negative Cut-off)(Negative Cut-off)2020.PN结伏安特性(图示)结伏安特性(图示)2121.4.2.34.2.3 PN结电阻特性和电容特性结电阻特性和电容特性n nPN结还存在 两种特性:n n电阻特性电阻特性(Resistance Characteristic)n n电容特性电容特性(Capacitance Characteristic)2222.(1)PN结电阻特性结电阻特性n n两种电阻n n静态电阻静态电阻静态电阻静态电阻 (直流电阻(直流电
9、阻 DC Resistance)R=UD/ID动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻(交流电阻(交流电阻 AC ResistanceResistance)r=u/i2323.PN结电阻特性结电阻特性(图)图)2424.PN结电阻特性结电阻特性n n可以看出静态电阻和动态电阻均与静态电阻和动态电阻均与 静态工静态工作点(作点(Q Q点)点)有关。有关。n n静态电阻(直流电阻)是工作点斜率的静态电阻(直流电阻)是工作点斜率的 割线割线割线割线(直线斜率的倒数)直线斜率的倒数)直线斜率的倒数)直线斜率的倒数)。n n动态电阻(交流电阻)是工作点斜率的动态电阻(交流电阻)是工作点斜率的 切线切线切线切线(
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