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1、教学内容和要求,了解半导体基本知识理解二极管等半导体器件及其模型掌握受控电源的VCR，理解晶体管、场效应管等半导体器件及其模型,第3章 半导体器件,半导体器件半导体材料制成的电子器件，包括二极管、晶体管、场效应管等,半导体器件是电子电路不可缺少的组成部分,半导体器件内部结构的主要构成是PN结,3.1 半导体基本知识,1、本征半导体,半导体硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等,本征半导体纯净(7N)且具有完整晶格结构的半导体,硅、锗的晶格结构一个原子位于立方体的中心，其相邻的四个原子位于立方体的前左上、前右下、后右上、后左下四个顶点,硅、锗的共价键结构,价电子,电中性的离子,2、杂质半导
2、体,通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量5价元素(如磷)形成N型杂质半导体N型半导体,自由电子,减少一个价电子的正离子,N型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子,通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量3价元素(如硼)形成P型杂质半导体P型半导体,增加一个价电子的负离子,空穴,P型半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子,3、PN结,将本征半导体掺杂为两个区，一个区为P型半导体，另一个区为N型半导体,PN结两者界面形成的特殊薄层P区一侧负离子，N区一侧正离子，空间电荷区N区指向P区的内电场,空间电荷区结内存在内电场，电压值为0.60.8V(硅) ，0.10.3V(锗)耗尽层结内
3、的载流子在PN结形成过程中基本耗尽,4、PN结的单向导电性,偏置在半导体器件上所加的直流电压（偏压）和直流电流（偏流）,正向偏置直流电压正极接P区，负极接N区,正向偏置的PN结,外电场削弱内电场，破坏动态平衡多数载流子使外电路形成正向电流PN结导通,反向偏置电压正极接N区，负极接P区,反向偏置的PN结,外电场加强内电场，破坏动态平衡少数载流子使外电路形成反向电流，数量极少如忽略不计，PN结截止,3.2 二极管及其模型,1、二极管,二极管的基本结构,PN结,二极管的核心是PN结,二极管的VCR,正向电流iD达到mA数量级所对应的电压称为导通电压Uon，一般Uon= 0.60.8V(硅)，0.10
4、.3V(锗),通过实验测出的二极管关联参考方向下的VCR曲线,二极管的主要参数,最大整流(正向平均)电流IF最高反向工作电压UR反向电流IR最高工作频率fM,PN结的电容效应结电容,势垒电容Cb外加电压改变时，空间电荷区内电荷量改变所产生的电容效应扩散电容Cd外加正偏电压改变时，载流子数量改变所产生的电容效应,二极管的工作频率超过fM时，PN结的单向导电性被结电容破坏,二极管的温度特性,温度每升高10oC，反向饱和电流约增大1倍,2、二极管模型,二极管的VCR曲线不与任何基本元件或基本元件组合的VCR曲线吻合,由二极管组成的电子电路,在允许一定误差条件下，将二极管VCR曲线用折线近似,用于近似
5、二极管VCR曲线的折线与电压源和开路组合的VCR曲线在功率允许和偏置条件下吻合,二极管在功率允许和偏置条件下可以抽象为电压源和开路组合电压源开关模型,二极管的直流模型,UUon,UUZ,U uBE，uCE-iC曲线近似为等间隔的平行线iC与iB表现出比例关系；每条曲线随uCE的增大而略有抬升相同iB条件下iC略有增大饱和区uBE Uon、uCE uBE，iC与iB不再满足比例关系；uCE在电流变化时变化不大截止区 uBEUBE,UBEUonUCEUBE,UBE UGS(th)、uDSuGSUGS(th)， uDS-iD曲线近似为不等间隔的平行线iD与uGS表现出二次曲线关系；每条曲线随uDS的增大而略有抬升相同uGS条件下iD略有增大可变电阻区uGS UGS(th)、uDS uGS UGS(th)，iG与uGS表现出另外的非线性关系截止区 uGS UGS(th)，iD和iS均为零,放大区的共源转移特性,uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。,SiO2绝缘层,衬底,反型层,
