LVS Hibernate ipv4 wavedorm multithreading History.js HammerJS admin框架 oracle显示所有数据库 springboot单点登录 edate函数的使用方法 oracle可视化工具 linux查看防火墙 图片生成链接 python运行环境 mysqlinsert python操作mysql python正则表达式例子 python安装环境变量 python插件 python函数返回 javaindexof java数据结构 java语言代码大全 javascript源代码 xp画图工具 m4a转mp3格式转换器 h370主板 风火云 fireworks8序列号 网络适配器下载 编程语言实现模式 linux端口映射 思源字体 selinux关闭 php正则匹配 win10wifi popen函数 男网红头像 mix2s拆机
当前位置: 首页 > 学习教程  > 编程语言

第一周:半导体器件基础(一)

2020/9/19 14:57:43 文章标签:

参考书:
《模拟电子技术基础(第四版)》华英成、童诗白主编
《电子技术基础 (模拟部分)》康华光主编

1.半导体基础与PN结

1.1、基础知识

1.1.1、半导体

  1. 概念:半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。
  2. 本征半导体:本征半导体是指完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体,一般是指其导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。典型的本征半导体有硅(Si)、锗(Ge)及砷化镓(GaAs)等

1.1.2、本征半导体的晶体结构

图1-1 半导体晶体结构图1-2本征半导体结构

1.1.3、载流子

  1. 本征激发:当有能量大于禁带宽度的光子照射到半导体表面时,满带中的电子吸收这个能量,跃迁到导带产生一个自由电子和自由空穴,这一过程称为本征激发。
  2. 复合:自由电子与空穴重新结合成为共价键的过程
  3. 自由电子:自由电子是价带电子跃迁到导带后的带电粒子
  4. 空穴:空穴是价带电子跃迁到导带后剩余电子的等效粒子

1.1.4、载流子的浓度

处于热平衡状态的半导体,在一定温度下 ,载流子浓度是一定的。温度升高时,本征激发的速率在加快,复合速率后发加快。载流子浓度在达到一定浓度时,本征激发和复合的速率达到动态平衡。

1.2、杂质半导体

1.2.1、概念:掺入少量的杂质元素

1.2.2、N型半导体(Nagetive)

  1. 掺入P(磷),施主杂质图1-3N型半导体
  2. 多子:掺入的少量杂质(磷)提供了大量的自由电子,自由电子是多数载流子。浓度受杂质浓度影响较大
  3. 少子:空穴,由本征激发产生的载流子(浓度较同等条件的本征半导体下少)。浓度受温度影响较大

1.2.3、P型半导体(Positive)

  1. 掺入Be(硼),受主杂质图1-4P型半导体
  2. 多子:掺入的少量杂质(硼)提供了大量的空穴,空穴是多数载流子。浓度受杂质浓度影响较大
  3. 少子:自由电子,由本征激发产生的载流子(浓度较同等条件的本征半导体下少)。浓度受温度影响较大

1.3、PN结

1.3.1、PN结的形成

图1-5 PN结的形成图1-6 PN结内载流子运动示意图

  1. 扩散运动:多数载流子从浓度高的地方向浓度低的地方自发的扩散,即自由电子往P方跑,空穴往N方移。
  2. 空间电荷区:耗尽层,阻挡层,PN结(个人理解:自由电子和空穴在对撞之后的“尸体”堆成的楚河汉界)。空间电荷区促进少子飘移,阻止多子扩散
  3. 漂移运动:空间自电场产生电场力吸引少子穿越空间电荷区的过程。
  4. 对称结,不对称结.

1.3.2、PN结的单向导电性

图1-7 PN结导电示意

  1. 外加正向电压:削减内电场势能,增强半导体的扩散运动。削减到一定量的时候(硅管约为0.7v,锗管约为0.3v),PN结相当于一条导线。
  2. 外加反向电压:增强内电场势能,增强半导体的漂移运动。此时,温度对PN结电流影响较大。

1.3.3、PN结的电流方程

i = I s ( e U / U t − 1 ) i=Is(e^{U/U_t}-1) i=IseU/Ut1)
T = 300K时(室温),Ut = 26 mV

图1-8 二极管的伏安特性

1.4、PN结的伏安特性

1.4.1、正向特性

  1. 死区阈值电压:硅Uth ≈ 0.5V,锗Uth ≈ 0.1V。
  2. 工作(导通电压):硅Uf = 0.6 ~ 0.8V ,锗Uf = 0.1 ~ 0.3V。

1.4.2、反向特性

  1. 反向电流同电压下,硅管电流比锗管小

1.4.3、反向击穿

  1. 雪崩击穿:掺杂浓度低时,会在PN结形成稳定的共价键。温度越高,雪崩击穿所需要的电压越高。少子通过撞击共价键,形成链式反应,形成雪崩击穿。(加反向电压导致加强内电场,然后形成粒子加速器。前提:PN结有足够的长)
  2. 齐纳击穿:掺杂浓度高时,耗尽层窄。当温度升高时,电子热运动加剧,较小的反向电压就能把价电子从共价键中拉出来,所以温度上升时,击穿电压下降,也就是说,齐纳击穿具有负的温度系数。

1.5、二极管的主要参数

1.5.1、额定整流电流(IF

指二极管长期连续工作时,允许通过的最大正向平均电流值,其值与PN结面积及外部散热条件等有关。

1.5.2、最高反向工作电压(URM

加在二极管两端的反向电压高到一定值时,会将管子击穿,失去单向导电能力。一般取反向击穿电压UBR的1/3 ~ 2/3。

1.5.3、最大反向电流(IRM

二极管在常温(25℃)和最高反向电压作用下,流过二极管的反向电流。反向电流越小,管子的单方向导电性能越好。

1.5.4、PN结电容

  1. 势垒电容CB: PN结反向偏置时电阻大,电容小,主要为势垒电容,是空间电荷区的等效电容,电容随外加电压变化而变化,为非线性电容。
  2. 扩散电容CD:正向偏置时,PN结电阻小,电容大,取决于扩散电容。多子在扩散过程中形成的积累电荷量形成的电容,电容随外加电压变化而变化。与最高工作频率相关。

1.5.5、最高工作频率(fM

最高工作频率是二极管工作的上限频率。

1.5.6、电阻

  1. 直流电阻RD: 二极管工作时对应的电压和电流,称为静态工作点,如Q1和Q2,其直流电阻就是静态工作点对应的电压和电流的比值。即
    R D = U D I D R_D = \frac {U_D}{I_D} RD=IDUD
    图1-9 直流电阻的几何意义

  2. 交流电阻RD:指在静态工作点附近电压变化量和电流变化量的比值,即
    Δ R D = Δ U D Δ I D ∣ Q \Delta R_D = \frac { \Delta U_D}{ \Delta I_D} \mid _Q ΔRD=ΔIDΔUDQ
    图1-10 交流电阻的几何意义


本文链接: http://www.dtmao.cc/news_show_200207.shtml

附件下载

相关教程

    暂无相关的数据...

共有条评论 网友评论

验证码: 看不清楚?