模拟电路课件 第一篇第1章(1).ppt
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1、第一篇 电子器件与电子电路基础,集成电子技术基础教程,第一篇 电子器件与电子电路基础,第一章 半导体二极管及其电路分析,半导体工业,半导体材料,半导体工艺,半导体技术,单个半导体器件 大规模集成电路,PN结的机理和特性(附录A.1),半导体材料,硅(Si),锗(Ge),砷化锗(GaAs),半导体的导电特性,导电能力:介于导体和绝缘体之间,电阻率:10-3-10-9 Ohm.cm,本征半导体,原子结构,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度,浓度增一倍,杂质半导体,N(NEGATIVE)型半导体,掺5价元素(磷、砷等),多子(
2、施主原子):电子,少(数载流子)子:空穴,P(POSITIVE)型半导体,掺3价元素(硼、镓等),多子(受主原子):空穴,少(数载流子)子:电子,杂质半导体的电子空穴浓度,结论: 两种载流子的浓度之积为常数,与掺杂程度无关。,载流子的运动,扩散运动,截流子浓度不平衡产生,漂移运动,外电场作用引起,PN结(PN Junction),半导体基片一边掺5价元素,一边掺3价元素,PN结的载流子运动,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
3、),不对称P+N结,PN结的导电特性,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,反偏(Reverse-Biased),外建电场与内电场一致,空间电荷区变厚,多子扩散电流大大减少,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,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,温度对伏安特性的影响,温度每升10度,IS增一倍,温度过高(SI=150200度): 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
4、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,PN结击穿特性(反偏),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),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
5、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,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,PN结的电容效应,势垒电容CB(Barrier Potential Cap),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,
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