文档介绍：大学模电技术知识点
半导体基础知识
1. 本征半导体及其特点
纯净的半导体称为本征半导体。在热“激发”条件下,本征半导体中的电子和空穴是成对产生的;当电子和空穴相遇“复合”时,也成对消失;电子和空穴都是载流子;温度越高,“电子—空穴”对越多;在室温下,“电子—空穴”对少,故电阻率大。
2. 掺杂半导体及其特点
( 1 ) N 型半导体:在本征硅或锗中掺入适量五价元素形成 N 型半导体, N 型半导体中电子为多子,空穴为少子;电子的数目(掺杂+ 热激发) = 空穴的数目(热激发) + 正粒子数;半导体对外仍呈电中性。
( 2 ) P 型半导体:在本征硅或锗中掺入适量三价元素,形成 P 型半导体,其空穴为多子,电子为少子;空穴的数目(掺杂+ 热激发) = 电子的数目(热激发) + 负粒子数;对外呈电中性。
在本征半导体中,掺入适量杂质元素,就可以形成大量的多子,所以掺杂半导体的电阻率小,导电能力强。
当 N 型半导体中再掺入更高密度的三价杂质元素,可转型为 P 型半导体;反之, P 型半导体也可通过掺入足够的五价元素而转型为 N 型半导体。
3. 半导体中的两种电流
( 1 )漂移电流:在电场作用下,载流子定向运动所形成的电流则称为漂移电流。( 2 )扩散电流:同一种载流子从浓度高处向浓度低处扩散所形成的电流为扩散电流。
4. PN 结的形成
通过一定的工艺,在同一块半导体基片的一边掺杂成 P 型,另一边掺杂成 N 型, P 型和 N 型的交界面处会形成 PN 结。
P 区和 N 区中的载流子存在一定的浓度差,浓度差使多子向另一边扩散,从而产生了空间电荷和内电场;内电场将阻多子止扩散而促进少子漂移;当扩散与漂移达到动态平衡时,交界面上就会形成稳定的空间电荷层(或势垒区、耗尽层),即 PN 结形成。
5. PN 结的单向导电性
PN 结正向偏置时,空间电荷层变窄,内电场变弱,扩散大于漂移,正向电流很大(多子扩散形成), PN 结呈现为低电阻,称为正向导通。正向压降很小,且随温度上升而减小。 PN 结反向偏置时,空间电荷层变宽,内电场增强,漂移大于扩散,反向电流很小(少子漂移形成), PN 结呈现为高电阻,称为反向截止。反偏电压在一定范围内,反向电流基本不变(也称为反向饱和电流),且随温度上升而增大。
6. PN 结的电容特性
(1)势垒电容CB:当外加在PN结两端的电压发生变化时,空间电荷层中的电荷量会发生变化,这一现象是一种电容效应,称为势垒电容。CB是非线性电容。
(2)扩散电容CD:当PN结正向偏置时,多子扩散到对方区域后,在
PN结边界附近有积累,并会有一定的浓度梯度。积累的电荷量也会随外加电压变化,引起电容效应,称为扩散电容。CD也是非线性电容。
1. 晶体管的结构及类型
晶体管有双极型和单极型两种,通常把双极型晶体管简称为晶体管,而单极型晶体管简称场效应管。
晶体管是半导体器件,它由掺杂类型和浓度不同的三个区(发射区、基区和集电区)形成的两个PN结(发射结和集电结)组成,分别从三个区引出三个电极(发射极e、基极b
和集电极c)。
晶体管根据掺杂类型不同,可分为NPN型和PNP型两种;根据使用的半导体材料不同,又可分为硅管和锗管两类。
晶体管内部结构的特点是发射区的掺杂浓度远远高于基区掺杂浓度,并且基区很薄,集电结的面积比发射结面积大。这是晶体管具有放大能力的内部条件。 2. 电流分配与放大作用
晶体管具有放大能力的外部条件是发射结正向偏置,集电结反向偏置。在这种偏置条件下,发射区的多数载流子扩散到基区后,只有极少部分在基区被复合,绝大多数会被集电区收集后形成集电极电流。通过改变发射结两端的电压,可以达到控制集电极电流的目的。晶体管的电流分配关系如下:
其中电流放大系数
和
之间的关系是
=
/(1+
),
=
/(1-
);ICBO 是集
电结反向饱和电流,ICEO是基极开路时集电极和发射极之间的穿透电流,并且ICEO=(1
+)ICBO。
在放大电路中,通过改变UBE,改变IB或IE,由ΔIB或ΔIE产生ΔIC,再通过集电极电阻
RC,把电流的控制作用转化为电压的控制作用,产生ΔUO=ΔICRC。实质上,这种控制作用就是放大作用。
3. 晶体管的工作状态
当给晶体管的两个PN结分别施加不同的直流偏置时,晶体管会有放大、饱和和截止三种不同的工作状态。。
晶体管的三种工作状态
4. 伏安特性及主要参数
(1)共射极输入特性(以NPN管为例) 输入特性表达式为:
。当UCE=0时,输入特