《模电课件第一篇第1、2章(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电课件第一篇第1、2章(1)（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2013年秋冬学期,集成电子技术基础教程,第一篇 电子器件基础,第二篇 模拟电子电路,第三篇 数字电子电路,第四篇 电子电路综合与应用,集成电子技术基础教程（第二版）,数字信号：,模拟信号：,第一篇 电子器件基础,第一章 电子器件的特性与模型,第二章 半导体器件的工作机理,1.1.0 概述,基本电子器件,无源器件：电阻、电容、电感等,分立器件：二极管、三极管、场效应管等,有源器件：三极管、场效应管、运算放大器等,集成器件：模拟集成器件、数字集成器件等,电子器件的基本电气特性,电压特性、电流特性、功率特性、温度特性等,描述电子器件的最基本特性,输入特性（输入伏安特性）,输出特性（输出伏安特性、负
2、载特性）,电压传输特性,1.1.1 常用电路元件的伏安特性,开关的V-I特性,理想开关特性,实际开关特性,线性电阻的 V-I 特性,安全工作区：,过压/过流/过热,电压源的 V-I 特性,电流源的V-I特性,*所有源都有一定的内阻,受控电流源,电流控制电流源、电压控制电流源,半导体材料,导电能力：介于导体和绝缘体之间,电阻率：10-310-9 Ohm.cm,1.2.1 半导体材料与PN结,一、半导体的导电特性,本征半导体,原子结构（本征硅）,（不含任何杂质的半导体）,原子结构图,简化模型,晶体结构,共价键,热激发与复合,空穴与电子,空穴和电子浓度,温度特性,仅占三万亿分之一，GeSi,每升10
3、度，浓度增一倍,本征激发,电子与空穴,杂质半导体,N（NEGATIVE）型半导体,掺5价元素（磷、砷等）,多（数载流子）子：电子,少（数载流子）子：空穴,P（POSITIVE）型半导体,掺3价元素（硼、镓等）,多（数载流子）子：空穴,少（数载流子）子：电子,载流子的运动,扩散运动,载流子浓度不平衡产生,漂移运动,外电场作用引起,电子迁移率 空穴迁移率,（自由运动）（束缚运动）,半导体基片一边掺5价元素，一边掺3价元素,二、PN （PN Junction）结的形成,PN结中载流子的运动,多子扩散产生内建电场,内建电场作用：,阻止多子进一步扩散,促进P区和N区的少子漂移,扩散与漂移达到动态平衡,名
4、词：,空间电荷层(正负离子),阻挡层(多子),耗尽层(载流子),PN结(两种材料),势垒区(势能),PN结的形成,不对称P+N结,正偏（Forward-Biased）,外建电场削弱内电场 空间电荷区变薄,多子扩散增强,少子漂移作用可忽略,低阻,PN结正向偏 置,三、 PN结的单向导电特性,反偏（Reverse-Biased）,外建电场与内电场一致， 空间电荷区变厚,多子扩散无法进行,少子漂移占优,呈高阻,少子浓度极低， 反向饱和电流很小,导电特性与温度密切相关,PN结反向偏 置,PN结的伏安特性,正向特性,常温下：T=300K VT =26mV,正向电流增加十倍，电压才增60mV,反向特性,温
5、度对伏安特性的影响,温度每升10度，IS增一倍,本征激发的少子浓度或能超过杂质原子提供的多子浓度，此时杂质半导体与本征半导体类似，PN结不再存在，失去单向导电性,正偏时：,PN结的单向导电性能,温度过高（Si=150200度）,反向击穿,反偏电压超过 反向击穿电压VBR,反向电流将急剧增大,反向电压值VZ却增加很少,反向电流的增加不加以限制，PN结将迅速烧坏,雪崩击穿（Avalanche Breakdown）,齐纳击穿（Zener Breakdown）,四、 PN结的击穿特性（反偏）,雪崩击穿（Avalanche Breakdown）,内建电场足够强,漂移运动的载流子（少子）加速,少子与中性原
6、子碰撞，使价电子激发产生新的电子空穴对，形成连锁反应，造成载流子的剧增，使反向电流“滚雪球”般地骤增,齐纳击穿（Zener Breakdown）,半导体掺杂浓度高，PN结空间电荷层很薄,低反压(如在4V以下)，空间电荷区就可能获得2106V/cm以上的场强，将价电子直接从共价键中拉出来。获得很多的电子空穴对，使得反向电流剧增,击穿反压的温度特性,雪崩击穿：温度系数为正,Si材料：反向击穿电压在7V以上的属雪崩击穿；在4V以下的为齐纳击穿；47V之间，两种击穿可同时存在,齐纳击穿：温度系数为负,当两种击穿均存在：其电压温度系数将接近于零,势垒电容CB（Barrier Potential Cap）
7、,空间电荷层随外加电压产生厚薄变化，电荷增加或减少,值大小为1至100pF，与外加电压成非线性关系,常利用其反偏时电容随外加电压的变化，制成变容二极管,扩散电容CD（Diffusion Cap）,势垒区两侧非平衡载流子的积累引起,值大小：反偏时约为0，正偏时10至100PF,PN结电容 CJ=CD+CB,非线性电容，正偏时扩散为主，反偏时势垒为主,五、 PN结的电容效应,1.2.2 半导体二极管,二极管的符号,PN结加上相应的电极引线和管壳封装,二极管的电路符号,一、二极管的结构与类型,二极管结构,点接触型二极管,面接触型二极管,平面接触型二极管,二极管图片,伏安特性,A点：开启（阀值，门坎）电压Vth Si=0.5V, Ge=0.1V,BC段：恒压区* Si=0.60.8V Ge=0.20.3V,反向电流: Si=纳安级 Ge=微安级,二、二极管的特性与参数,二极管主要参数,最大整流电流IF,反向电流IR,反向击穿电压VBR,结电容Cj或关断时间或最高工作频率fMAX,END,
