模擬電子技術的復習課件

模擬電子技術的復習課件本征半導體

完全純凈的具有晶體結構的半導體稱為本征半導體。它具有共價鍵結構。

鍺和硅的原子結構單晶硅中的共價鍵結構價電子硅原子第1章下頁翻頁返回

半導體的導電特性

在半導體中，同時存在著電子導電和空穴導電?？昭ê妥杂呻娮佣挤Q為載流子。它們成對出現(xiàn)，成對消失。在常溫下自由電子和空穴的形成復合自由電子本征激發(fā)第1章上頁下頁翻頁返回空穴

在通常情況下，本征半導體中載流子的數(shù)量是極其微弱的，其導電能力很差。當溫度增加，或受其他能量的激勵（如光照），電子的運動加劇，載流子的數(shù)目增加，導電性能也就愈好，所以溫度對半導體器件的性能影響很大。1.1.2N型半導體和P型半導體原理圖P自由電子結構圖磷原子正離子P+

在硅或鍺中摻入少量的五價元素，如磷或砷、銻，則形成N型半導體。多余價電子少子多子正離子在N型半導體中，電子是多子，空穴是少子。電子帶負電：Negative第1章上頁下頁N型半導體翻頁返回

P型半導體

在硅或鍺中摻入三價元素，如硼或鋁、鎵，則形成P型半導體。原理圖BB-

硼原子負離子空穴填補空位結構圖在P型半導體中，空穴是多子，電子是少子。多子少子負離子第1章上頁下頁

翻頁返回空穴帶正電：Posotive

用專門的制造工藝在同一塊半導體單晶上，形成P型半導體區(qū)域和N型半導體區(qū)域，在這兩個區(qū)域的交界處就形成一個PN結。P區(qū)N區(qū)P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散并與電子復合N區(qū)的電子向P區(qū)擴散并與空穴復合空間電荷區(qū)內(nèi)電場方向1.1.3

PN結的形成第1章上頁下頁翻頁返回空間電荷區(qū)內(nèi)電場方向

在一定條件下，多子擴散和少子漂移達到動態(tài)平衡。P區(qū)N區(qū)多子擴散少子漂移第1章上頁下頁翻頁返回

在一定條件下，多子擴散和少子漂移達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定。內(nèi)電場阻擋多子的擴散運動，推動少子的漂移運動。空間電荷區(qū)內(nèi)電場方向PN多子擴散少子漂移結論：在PN結中同時存在多子的擴散運動和少子的漂移運動。第1章上頁下頁翻頁返回1.1.4PN結的單向?qū)щ娦訮區(qū)N區(qū)內(nèi)電場外電場EI空間電荷區(qū)變窄

P區(qū)的空穴進入空間電荷區(qū)和一部分負離子中和

N區(qū)電子進入空間電荷區(qū)和一部分正離子中和擴散運動增強，形成較大的正向電流。第1章上頁下頁翻頁外加正向電壓返回外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側的空穴和自由電子移走空間電荷區(qū)變寬

內(nèi)電場外電場少子越過PN結形成很小的反向電流IRE第1章上頁下頁翻頁

外加反向電壓N區(qū)P區(qū)返回由上述分析可知：PN結具有單向?qū)щ娦?/p>

即在PN結上加正向電壓時，PN結電阻很低，正向電流較大。（PN結處于導通狀態(tài)）

加反向電壓時，PN結電阻很高，反向電流很小。（PN結處于截止狀態(tài)）切記第1章上頁下頁翻頁返回1.2半導體二極管表示符號

面接觸型點接觸型引線觸絲外殼N型鍺片N型硅陽極引線PN結陰極引線金銻合金底座鋁合金小球第1章上頁下頁陰極陽極D翻頁返回1.2.1基本結構第1章上頁下頁翻頁返回幾種二極管外觀圖小功率二極管大功率二極管發(fā)光二極管1.2.2二極管的伏安特性-40-20OU/VI/mA604020-50-250.40.8正向反向擊穿電壓死區(qū)電壓U(BR)硅管的伏安特性I/μA第1章上頁下頁翻頁返回-20-40-250.40.2-5010O155I/mAU/V鍺管的伏安特性I/μA死區(qū)電壓死區(qū)電壓：硅管約為：0.5V,鍺管約為：0.2V。導通時的正向壓降：硅管約為:0.7V,鍺管約為:0.3V。常溫下，反向飽和電流很小.當PN結溫度升高時，反向電流明顯增加。注意:1.2晶體三極管(BJT)BipolarJunctionTransistor

1.2.1基本結構1.2.2電流分配和電流放大原理1.2.3特性曲線第1章上頁下頁返回1.2.4主要參數(shù)1.2.1基本結構NPN型PNP型BETCNPNBETCPNP第1章上頁下頁翻頁返回NPPEB基區(qū)發(fā)射結集電結集電區(qū)發(fā)射區(qū)集電極C發(fā)射極基極CPNNEB發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)基極發(fā)射極集電結發(fā)射結集電極集電極:Collector基極:base發(fā)射極:Emission1.2.2電流分配和電流放大原理IEIBRBUBBICUCC輸入電路輸出電路公共端晶體管具有電流放大作用的外部條件：發(fā)射結正向偏置集電結反向偏置NPN管：

UBE>0

UBC<0即VC>VB>VERCBCE共發(fā)射極放大電路第1章上頁下頁翻頁PNP管：

UBE<0

UBC>0即VC<VB<VECEB返回BEC三極管的電流控制原理UBBRBIBICUCCRCNPIEN發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子電源負極向發(fā)射區(qū)補充電子形成發(fā)射極電流IE電子在基區(qū)的擴散與復合集電區(qū)收集電子電子流向電源正極形成ICEB正極拉走電子，補充被復合的空穴，形成IB第8章上頁下頁翻頁返回由上所述可知:由于基區(qū)很薄且摻雜濃度小,電子在基區(qū)擴散的數(shù)量遠遠大于復合的數(shù)量。即：IC>>IB或△IC>>△IB第1章上頁下頁翻頁返回晶體管起電流放大作用，必須滿足發(fā)射結正偏，集電結反偏的條件。3當基極電路由于外加電壓或電阻改變而引起IB的微小變化時，必定使IC發(fā)生較大的變化。即三極管的基極電流對集電極電流具有控制作用。特性曲線1.輸入特性曲線IB

=f(UBE)UCE=常數(shù)UCE≥1V第1章上頁下頁翻頁返回IEIBRBUBICUCCRC＋--＋UBEUCEUBE/VIB/μAOO2.晶體管輸出特性曲線IC

=f

(UCE)|IB=

常數(shù)IB

減小IB增加UCEICIB

=20μAIB

=60μAIB

=40μA第1章上頁下頁翻頁返回IEIBRBUBICUCCRC＋--＋UBEUCE晶體管輸出特性曲線分三個工作區(qū)UCE

/VIC

/mA8060400IB=20μAO24681234截止區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)第1章上頁下頁翻頁返回

晶體管三個工作區(qū)的特點:放大區(qū):截止區(qū):飽和區(qū):發(fā)射結正偏,集電結反偏有電流放大作用,IC=βIB輸出曲線具有恒流特性發(fā)射結、集電結處于反偏失去電流放大作用,IC≈0晶體管C、E之間相當于開路發(fā)射結、集電結處于正偏失去放大作用晶體管C、E之間相當于短路第1章上頁下頁翻頁返回

取一塊P型半導體作為襯底，用B表示。

用氧化工藝生成一層SiO2薄膜絕緣層。

用光刻工藝腐蝕出兩個孔。

擴散兩個高摻雜的N型區(qū)。從而形成兩個PN結。（綠色部分）

從N型區(qū)引出電極，一個是漏極D，一個是源極S。

在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。N溝道增強型MOSFET的結構和符號G：gate；D：drain；S：source9

1．UDS=0，UGS＞0

UGS＞0將在絕緣層產(chǎn)生電場，該電場將SiO2絕緣層下方的空穴推走，同時將襯底的電子吸引到下方，形成導電溝道。反型層產(chǎn)生有漏極電流ID。這說明UGS對ID的控制作用。N溝道增強型MOSFET的工作原理

2．UDS＞0，UGS＞0同時P型襯底中的少子（電子）被吸引到柵極下的襯底表面。但正的柵源電壓達到一定數(shù)值時，這些電子在柵極附近的P型硅表面便形成了一個N型薄層，稱之為反型層。

10NMOS管和PMOS管的通斷條件

GDSUGS+－NMOS當UGS＞VT時導通當UGS＜VT時截止

GDSUGS－+PMOS當∣UGS∣＞VT時導通

當∣UGS∣＜V