半导体器件的知识点总结.docx

半导体器件的知识点总结1半导体的电阻率为为10-3-109cm°典型的半导体有硅、错以及碑化线等。2f本征半导体：化学成分纯净、具有晶体结构的半导体材料。单晶体形态；有两种截流子；特点：自由电子浓度二空穴浓度；温度稳定性差：温度越高，自由电子的浓度越大；载流子浓度低:在室温下，硅原子的离子化率为十亿分之一；导电性差：本征硅的导电性接近于绝缘体；/杂质半导体：掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体;半导体IN型(电子型半导体)：掺入五价元素，自由电子为多子，由掺杂形成；空穴为少子，由热激发形成种类P型(空穴型半导体)：掺入三价元素，空穴是多子，由掺杂形成；自由电子是少子，由热激发形成；V注意：(I)电子带负电，空穴带正电；(2)少子浓度与温度有关，多子浓度与掺杂浓度有关；(3)杂质半导体中多子和少子移动都能形成电流，但是由于数量关系，起导电作用的主要是多子，近似认为多子与杂质浓度相等。(4)在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴，故其有一定的导电能力。(5)本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所参杂质决定。(6)半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料有关。3PN结(I)PN结的形成：浓度差一A多子的扩散运动一A杂质离子形成空间区域电荷一A空间电荷区形成内电场一A内电场使少子漂移多子扩散(2)PN结的单向导电性：PN结正偏时，电阻很小，PN结导通PN结反偏时，电阻很大，PN结截止反向饱和电流：在一定温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加电压的大小无关，这个电流称为反向饱和电流。4PN结的电容效应广势垒电容Cb决定因素Y扩散电容Cd小结：(I)PN结的结电容Cj=Cb+Cd;(2)势垒电容和扩散电容均是非线性电容；（3） Cb,Cd一般都很小，几pF几百pF,与截面积有关;（4）Cb,Cd的大小并不固定，与外加电压有关。（5）对低频信号呈现很大的容抗。其作用可以忽略不计。（4） 5半导体二极管（5） O<V<Vth时，正向电流为零正向特性jV>Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律（V>0）、增长硅二极管的开启电压为0.5V左右，错二极管的开启电压为0.IV左右。（6） Vbr<V<O时，反向电流很小，且基本不随反向电反向特性压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱（V<0）J电流V<=Vbr时，反向电流急剧增加,VBR称反向击穿电压（4）温度对二极管的特性有显著影响，当温度升高时，正向特性曲线左移，反向特性曲线下移（5）稳压二极管6特殊的二极管（1）太阳能电池（2）光敏二极管（3）发光二极管（4）肖特基二极管（5）齐纳二极管7双极结型三极管（BJT）两种类型BJT的结构示意图及其电路符号b<H>内部条件：三区的掺杂浓度不同外部条件：发射结正偏，集电结反偏电位关系:NPN型，Vc>Vb>VePNP型,Vc<Vb<Ve内部载流子的传输发射结：多子扩散为主；集电结:少子漂移为主；集电结收集来自发射结的电子形成Icn.小结：发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当于基区很厚，没有电流放大作用。(3)BJT的电流关系三种组态：共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示(4)三极管的电流关系与放大系数IE=IB+Ic共基极直流电流放大倍数07_ICE_IC-ICBo1c_IEIEIE共发射极直流电流放大倍数P1f-(5)BJT特性曲线输入特性曲线：(共发射极)I/f(Cbe)IVCE二常数输出特性曲线：Ic=f(Vce)IIb二常数输出特性曲线可以分为三个区域：饱和区一一Vce<O.7V,发射结正偏，集电结反偏。放大区一一发射结正偏，集电结反偏且反偏电压大于0.7V.截止区一一发射结反偏，集电结反偏。8场效应管(1)定义：场效应管(简称FET)是一种电压控制器件。工作时只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。(2)种类：结型场效应管(JFET)绝缘栅场效应管(MOSFET)(3)优点：输入阻抗高；内部噪声小，温度稳定性好；易集成，工作频率高，功耗低；绝缘栅型场效应管(I)栅极处于绝缘状态的场效应管，输入阻抗很大，目前管饭应用的是二氧化硅为绝缘层的绝缘栅场效应管，称为金属氧化物半导体场效应管。(2)增强型N沟道种类J耗尽型N沟道增强型P沟道,耗尽型P沟道（3）结构SQzSGD1<?N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层二氧化硅薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出两个电极：一个是漏极D,相当于BJT的集电极C；另一个是源极相当于BJT的发射极E。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G,相当于BJT的基极B。P型半导体称为衬底，用符号B表示。(4)工作原理栅源电压VGS的控制作用当VGS=O时，漏源之间相当于两个背靠背的二极管，在D,S在会不压电加间流电成形间S>:B:<当栅极加有电压时，若(KVGS<V(开启电压)时，不能形成漏极电流Id;当Vgs>Vt时,可以形成漏极电流Id；在栅极下方形成的导电沟道中的电子,因与。型半导体的多子空穴极性相反，故称为反型层。即VGS越大，沟道越厚，在漏源电压VDS一定的情况下，漏极电流ID越大(5)转移特性曲线描述VGS对漏极电流的控制关系漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用Vgs>VT且为某一固定值时，分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响当为VDSO或较小时，沟道呈斜线分布；当VDS增加使漏极处沟道刚刚开启的情况，称为预夹断；随着VDS的增加，预夹断区域加长，伸向S极，VDS的增加部分基本降落在随之加长的夹断沟道上ID基本趋于不变。（6）漏极输出特性曲线：当Vgs>Vt且为某一固定值时，漏源dI%s)IfGS=c°nst系曲线称为漏极输出特性曲线,可变电阻区ZmA%S=6V>%S(th)=2V5101520预夹断线：VDS=VGS-VTVds>Vgs-Vt恒流区0<Vds<Vgs-Vt可变电阻区P(7)N沟道耗尽型MoSFETk如图，在栅极下方的二氧化硅绝缘层中掺入大量的金属正离子。所以，当VGS=O时，这些正离子已经形成了导电沟道。于是，只要有漏源电压，就会有漏极电流产生。栅源电压VGS的控制作用当Vgs>0时，将使ID进一步增加。Vgs<O时，随着VGS的减小漏极电流逐渐减小，直至Id=O.对应Id=O的VGS称为夹断电压，用VP表示。N沟道耗尽型的MOS管的转移特性曲线如所示，即在正负栅源电压下均能工作、Vp<O漏极电压VDS对漏极电流ID的控制作用截止区总结：截止区：Vgs<Vp<O,导电沟道消失可变电阻区：（KVDS<Vgs-Vp,Id变化较快饱和区:ID基本保持不变,Vds>Vgs-Vp截止区输出特性曲线N沟道MOS管的输出特性曲线(8)P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。(I)P沟道MoSFET与N沟道MOSFET的类比关系器件类型沟道产生(增强型)/截止(耗尽型)条件临界条件饱和区特征饱和区电流方程增强型NvGSrT>0vDS=rGS-1TvDS>1GS-rT=I-D2PVGS<VT<®vDS=1GS-rTVDS<VGS-I，T=b(vgs-V)2=Ido(-D2耗尽型NVGS<rP<0rDS=vGS-vPVDS>VGS-VP.1oss。-2)2PrGS>VP>0rDS=1GS-1PVDS<VGSVPidss(1-)2(2)各类MoSFET电路符号和特性曲线对比结构:结型场效应管(JFET)QdgN沟道管：电子导电、沟道P沟道管：空穴导电工作原理栅源电压对沟道的控制作用在栅源间加负电压Vgs,令VDS=O当VGSR时，为平衡PN结，导电沟道最宽。当VGS增大时PN结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。当到一定值时，沟道会完全合拢漏源电压对沟道的控制作用在漏源间加电压Vds,令Vgs=O由于Vgs=O所以导电沟道最宽。Vds=O时Id=OVDS增加ID增加靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈契形分布VDS增加时，使VGD=VGs-Vds=VP时，再靠漏极处夹断预夹断VDS再增加预夹断下移输出特性曲线，四个区四个区：(a)可变电阻可变电(预夹断前)。(b)恒流区也称饱和区(预夹断后)。(C)截止区(d)击穿区转移/d/mA八可变电阻区_J阻区：I%S=2V；/亍3VIJ'DS截止区回特性曲线/mA,击穿区U4812162024:一/1五三二3Yi1i%sv-2-10>%s/V