第一章 半导体器件知识
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第一章、半导体器件
1、为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体,导电性能极差,又将其掺杂,改善导电性能?
制成本征半导体是为了讲自然界中的半导体材料进行提纯,然后人工掺杂,通过控制掺杂的浓度就可以控制半导体的导电性,以达到人们的需求
2、为什么半导体器件的温度稳定性差?是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素?
导致半导体性能温度稳定性差的主要原因有二:β
(1)禁带宽度与温度有关(一般,随着温度的升高而变窄);(2)少数载流子浓度与温度有关(随着温度的升高而指数式增加)。
多子。
3、为什么半导体器件有最高工作频率?
这是因为半导体器件的主要组成单元是PN结,PN结的显著特征是单向导电性,因为PN结的反向截止区是由耗尽层变宽导致截止,而这个过程是需要一定的时间的,如果频率太高导致时间周期小于截止时间就可能造成PN结失去单向导电性,导致半导体器件不能正常工作,所以半导体器件有最高工作频率的限制。
4、整流,是指将交流电变换为直流电称为AC/DC变换,这正变换的功率流向是由电源传向负载,称之为整流。
5、为什么基极开路集电极回路会有穿透电流?
虽然集电结是反偏的,虽然基极是开路的,但是,晶体管芯,是块半导体材料。
半导体材料,又不是绝缘体,加上电压,就有微弱的电流,这很正常。
从集电区向基区出现的“反向饱和电流Icbo”,在基极没有出路,就流向发射极了。
这一流动,就形成了一个Ib。
这个Ib,就引出了一个贝塔倍的Ic; 这个Ib和Ic之和,就是穿透电流Iceo,等于(1+贝塔)Icbo。
6、
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半导体器件物理教案课件PPT第一章:半导体物理基础知识1.1 半导体的基本概念介绍半导体的定义、特点和分类解释n型和p型半导体的概念1.2 能带理论介绍能带的概念和能带结构解释导带和价带的概念讲解半导体的导电机制第二章:半导体材料与制备2.1 半导体材料介绍常见的半导体材料,如硅、锗、砷化镓等解释半导体材料的制备方法,如拉晶、外延等2.2 半导体器件的制备工艺介绍半导体器件的制备工艺,如掺杂、氧化、光刻等解释各种制备工艺的作用和重要性第三章:半导体器件的基本原理3.1 晶体管的基本原理介绍晶体管的结构和工作原理解释n型和p型晶体管的概念讲解晶体管的导电特性3.2 半导体二极管的基本原理介绍半导体二极管的结构和工作原理解释PN结的概念和特性讲解二极管的导电特性第四章:半导体器件的特性与测量4.1 晶体管的特性介绍晶体管的主要参数,如电流放大倍数、截止电流等解释晶体管的转移特性、输出特性和开关特性4.2 半导体二极管的特性介绍半导体二极管的主要参数,如正向压降、反向漏电流等解释二极管的伏安特性、温度特性和频率特性第五章:半导体器件的应用5.1 晶体管的应用介绍晶体管在放大电路、开关电路和模拟电路中的应用解释晶体管在不同应用电路中的作用和性能要求5.2 半导体二极管的应用介绍半导体二极管在整流电路、滤波电路和稳压电路中的应用解释二极管在不同应用电路中的作用和性能要求第六章:场效应晶体管(FET)6.1 FET的基本结构和工作原理介绍FET的结构类型,包括MOSFET、JFET等解释FET的工作原理和导电机制讲解FET的输入阻抗和输出阻抗6.2 FET的特性介绍FET的主要参数,如饱和电流、跨导、漏极电流等解释FET的转移特性、输出特性和开关特性分析FET的静态和动态特性第七章:双极型晶体管(BJT)7.1 BJT的基本结构和工作原理介绍BJT的结构类型,包括NPN型和PNP型解释BJT的工作原理和导电机制讲解BJT的输入阻抗和输出阻抗7.2 BJT的特性介绍BJT的主要参数,如放大倍数、截止电流、饱和电流等解释BJT的转移特性、输出特性和开关特性分析BJT的静态和动态特性第八章:半导体存储器8.1 动态随机存储器(DRAM)介绍DRAM的基本结构和工作原理解释DRAM的存储原理和读写过程分析DRAM的性能特点和应用领域8.2 静态随机存储器(SRAM)介绍SRAM的基本结构和工作原理解释SRAM的存储原理和读写过程分析SRAM的性能特点和应用领域第九章:半导体集成电路9.1 集成电路的基本概念介绍集成电路的定义、分类和特点解释集成电路的制造工艺和封装方式9.2 集成电路的设计与应用介绍集成电路的设计方法和流程分析集成电路在电子设备中的应用和性能要求第十章:半导体器件的测试与故障诊断10.1 半导体器件的测试方法介绍半导体器件测试的基本原理和方法解释半导体器件测试仪器和测试电路10.2 半导体器件的故障诊断介绍半导体器件故障的类型和原因讲解半导体器件故障诊断的方法和步骤第十一章:功率半导体器件11.1 功率二极管和晶闸管介绍功率二极管和晶闸管的结构、原理和特性分析功率二极管和晶闸管在电力电子设备中的应用11.2 功率MOSFET和IGBT介绍功率MOSFET和IGBT的结构、原理和特性分析功率MOSFET和IGBT在电力电子设备中的应用第十二章:光电器件12.1 光电二极管和太阳能电池介绍光电二极管和太阳能电池的结构、原理和特性分析光电二极管和太阳能电池在光电子设备中的应用12.2 光电晶体管和光开关介绍光电晶体管和光开关的结构、原理和特性分析光电晶体管和光开关在光电子设备中的应用第十三章:半导体传感器13.1 温度传感器和压力传感器介绍温度传感器和压力传感器的结构、原理和特性分析温度传感器和压力传感器在电子测量中的应用13.2 光传感器和磁传感器介绍光传感器和磁传感器的结构、原理和特性分析光传感器和磁传感器在电子测量中的应用第十四章:半导体器件的可靠性14.1 半导体器件的可靠性基本概念介绍半导体器件可靠性的定义、指标和分类解释半导体器件可靠性的重要性14.2 半导体器件可靠性的影响因素分析半导体器件可靠性受材料、工艺、封装等因素的影响14.3 提高半导体器件可靠性的方法介绍提高半导体器件可靠性的设计和工艺措施第十五章:半导体器件的发展趋势15.1 纳米晶体管和新型存储器介绍纳米晶体管和新型存储器的研究进展和应用前景15.2 新型半导体材料和器件介绍石墨烯、碳纳米管等新型半导体材料和器件的研究进展和应用前景15.3 半导体器件技术的未来发展趋势分析半导体器件技术的未来发展趋势和挑战重点和难点解析重点:1. 半导体的基本概念、分类和特点。
第一章半导体基础知识〖本章主要内容〗本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义,工作状态或工作区的分析。
首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。
其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。
然后介绍两种三极管(BJT和FET)的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。
〖本章学时分配〗本章分为4讲,每讲2学时。
第一讲常用半导体器件一、主要内容1、半导体及其导电性能根据物体的导电能力的不同,电工材料可分为三类:导体、半导体和绝缘体。
半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料,半导体的电阻率为10-3~10-9Ω∙cm。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别:当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化;往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时,会使它的导电能力具有可控性;这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。
2、本征半导体的结构及其导电性能本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%,常称为“九个9”,它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。
在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。
3、半导体的本征激发与复合现象当导体处于热力学温度0K时,导体中没有自由电子。
当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电,成为自由电子。
这一现象称为本征激发(也称热激发)。
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电子空穴对。
游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合。
在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡,此时,载流子浓度一定,且自由电子数和空穴数相等。
4、半导体的导电机理自由电子的定向运动形成了电子电流,空穴的定向运动也可形成空穴电流,因此,在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子(即载流子),这是半导体的特殊性质。
第一章半导体器件的基础知识半导体器件:二极管:二极管是由PN结构成的,具有单向导电性,正向导通;反向截至。
PN结的电流是P向N流。
硅二极管的死区电压为0.5V左右,锗二极管的死区电压为0.1V~0.2V。
硅二极管的导通电压约0.6V~0.7V,锗二极管的导通电压约0.2V~0.3V。
二极管的电压与电流变化不成线性关系,所以二极管属于非线性器件。
三极管:三极管是由两个紧靠在一起的PN 结组成的,按材料的不同分为PNP型和NPN型。
三极管有三个引脚,分别为发射极(E)、基极(B)、集电极(C)。
一般常用的三极管有80系列的,8050(NPN),8550(PNP)。
90系列的,9012、9015为PNP外,其余都为NPN。
电流放大电路:三极管的电流分配关系式:I E=I B+I C,也就是发射极电流=基极电流+集电极电流。
集电极电流的变化是基极电流变化量的59倍。
三极管的电流放大实际上是基极较小电流的变化,控制集电极电流较大的变化。
三极管的放大电路分为1共集电极放大、2共基极放大、3共发射极放大。
因为三极管也是PN结构成的,所以也是非线性器件,硅管导通电压也为0.7V,锗管为0.2V。
三极管的三种状态:1放大(发射结正偏,集电结反偏)。
NPN:I C>I B>I E PNP:I E>I B>I C2饱和(发射结和集电结都正偏)。
3截至(发射结和集电结都反偏)。
正偏:电流P向N流。
反偏:电流N向P流。
三极管是电流控制器件,就是输入电流控制输出电流的半导体器件。
三极管的输出特性曲线如图:三极管的检测:用数字万用表测量时,先把万用表的档位调到导通挡上,然后用表笔分别测量每两个引脚。
只要想着电流是P向N流的。
场效晶体管:是利用输入电压来控制输出电流的器件,称为电压控制型器件,它可分为结型和绝缘栅型两大类。
场效晶体管有三个电极,分别是漏极(D)、源极(S)和栅极(G)。
它们的D极和S极可交换使用。
第一章《半导体器件的基础知识》一、填空:1、半导体的导电能力随着(掺入杂质)、(光照)、(温度)和(输入电压和电流的改变)条件的不同而发生很大的变化,其中,提高半导体导电能力最有效的办法是(掺入杂质)。
2、(纯净的半导体)叫本征半导体。
3、半导体可分为(P )型半导体和(N )型半导体,前者( 空穴)是多子,(电子)是少子。
4、PN结加(正向电压)时导通,加(反向电压)时截止,这种特性称为(单向导电)性。
5、PN结的反向击穿可分为(电)击穿和(热)击穿,当发生(热)击穿时,反向电压撤除后,PN结不能恢复单向导电性。
6、由于管芯结构的不同,二极管可分为(点)接触型、(面)接触型、(平面)接触型三种,其中(点)接触型的二极管PN结面积(小),适宜半导体在高频检波电路和开关电路,也可以作小电流整流,面接触型和平面型二极管PN结接触面(大),载流量(大),适于在(大电流)电路中使用。
7、二极管的两个主要参数是(最大整流电流)和(最高反向电压)使用时不能超过,否则会损坏二极管。
8、在一定的范围内,反向漏电流与反加的反向电压(无关),但随着温度的上升而(上升),反向饱和电流越大,管子的性能就越(差)。
9、硅二极管的死区电压为(0、5)V,锗二极管的死区电压为(0、2)V。
10、三极管起放大作用的外部条件(发射结正偏)和(集电结反偏)11、晶体三极管具有电流放大作用的实质是利用(基极)电流实现对(集电极)电流的控制。
12、3DG8D表示(NPN型硅材料高频小功率三极管);3AX31E表示(PNP型锗材料低频小功率三极管)。
13、三极管的恒流特性表现在(放大)区,在饱和区,三极管失去(放大)作用,集电结、发射结均(正)偏。
14 集---射击穿电压V(BR)CEO是指(基极开路)时集电极和发射极间所承受的最大反向电压,使用时,集电极电源电压应(>)这个数值。
15三极管的三种基本联结方式可分为(共基极电路),(共集电极电路)和(共发射极电路)。
16、温度升高时,三极管的共射输入特性曲线将(左移),输出特性曲线将(上移),而且输出特性曲线之间的间隔将(变宽)。
17、晶体三极管三个极限参数分别为(集电极最大允许电流)、(极间反向击穿电压)、和(耗散功率)。
18、硅管的饱和压降为(0、3V),锗管饱和压降为(0、1V)。
19、半导体中,自由电子带(负)电,空穴带(正)电。
20、晶体管的穿透电流I CEO随温度的升高而(增大),由于硅晶体管的穿透电流比锗晶体管(小),所以硅晶体管的(热稳定性)比锗晶体管好。
21、场效应管从结构上分为(结型)和(绝缘栅型)两大类,因导电类型的不同可分为(N沟道)和(P沟道)两大类。
它们的导电能力仅取决于(一种)载流子,所以场效应管又称为单极型三极管。
22、N沟道增强型的开启电压V T一定是(正)值。
23、场效应管是利用(输入电压)来影响导电沟道,从而控制(输出电流)的大小。
24、绝缘栅型场效应管的栅极电流I G(很小),输入电阻(很大)。
25、场效应管是一种(电压控制型)器件。
26、三极管是一种(电流控制型)器件。
27、绝缘栅场效应管的突出优点是(输入电阻很大),不足之处是(不易保存)。
28、三极管三种工作状态为(放大状态)、(饱和状态)、(截止状态)29、甲、乙两只三极管,甲管β=150,I CBO =10μA,乙管β=50,I C B O =5μA,在使用当中,我们一般选用(乙管)30、测得三极管I B =20μA时,I C =2mA,I B =60μA时,I C =5.4mA,则β=(85)二、是非题(对的打√,错的打 )1、在半导体内部,电子和空穴都是载流子(√)2、在P型半导体中,只有空穴参与导电(×)3、晶体二极管击穿后立即烧毁(×)4、PN结存在着结电容(√)5、MOSFET存放时,栅极应与源极短接(√)6、N沟道增强型的场效应管VGS不仅可以取负值,取正值和零值均能正常工作(×)7、绝缘栅型场效应管的输入电阻在1012Ω以上(√)8、MOSFET 放大级对前级的放大能力影响极小( √ )9、在晶体三极管中,集电区的掺杂浓度低,面积大,发射区的掺杂浓度高,基区的厚度很小且掺杂浓度很低(√ ) 10、场效应管有电压放大作用( √ )11、用指针式的万用表的不同欧姆档测量同一个二极管的正向电阻时,测得的阻值完全相同(×)12、晶体三极管发射结和集电结相当于两个二极管反向连接,所以,可以用二只二极管来代替三极管的使用(×)13、在三极管放大电路中,基极永远不能作为主输出端(√ ) 14、在晶体管的放大区,它的直流 和交流β近似相等(√ ) 15、在本征半导体中,掺入微量其它元素,就得到N 型半导体(×) 16、晶体管的β越大越好(×)17、N 型半导体的多数载流子是电子,因此N 型半导体带负电(×) 18、在外电场的作用下,半导体中会同时出现电子电流和空穴电流(√ ) 19、在如图所示的电路中,断开或接上二极管V 对电流表A 的读数没有影响(×)20、有一个晶体管接在放大电路中,今测得它的三个管脚电位分别为-9V 、-6V 和-6.2V ,说明这个晶体管是PNP 管( √ )21、晶体管的集电极 — 发射极击穿电压 V (BR )CEO 的值同工作温度有关,温度越高,V (BR )CEO 越大(×)22、温度升高时,二极管的正向压降减小(×)23、二极管正向动态电阻的大小,随流过二极管电流的变化而变化,是不固定的(√ ) 24、 场效应管的放大能力不能像晶体管电流放大系数表示,而是用跨导g m 表示的( √ ) 25、MOS 管出厂包装或使用前都要保持栅源间处于断路状态( ×) 26、三极管的C 、E 两极可以互换使用。
(×) 27、三极管的I C E O 越大,其稳定性越好。
(×)+28、若三极管的I C >I CM ,则此管一定损坏。
(×)29、用一块P 型半导体与一块N 型半导体紧靠在一起,就会形成PN 结。
(×) 30、三极管处在放大状态时,基极电位一般高于发射极电位。
(×) 三、选择1、设有图示二极管在工作的情况下,电流流向只能是 ( A )A : A 端流出,B 端流入 B : A 端流入,B 端流出2、在以下电路中,若二极管的最大整流电流I CM =1A ,能正常工作的是 ( C )A B C3、三极管集电极最大允许电流I CM 是 ( C )A 可能是烧坏管子的集电极电流B β值下降到正常值的0.5倍时的集电极电流C β值下降到正常值的2/3时的集电极电流4、整流二极管的反向击穿电压为30V ,它最高反向工作电压采取 ( B )A 25 V ~30 VB 15 V ~20 VC 40 V 以上5、在测量三极管参数时,当基极电流I B 从0.02mA 调到0.03mA ,集电极电流I C 从1mA调到1.5mA① 该管的直流放大系数 ( B )A 30B 50C 75D 100 ② 该管的交流放大系数β ( B )A 30B 50C 75D 1006、在下图1中,二极管是理想的,R = 6Ω,当普通插式万用表置于R×1Ω档时,用黑表笔接A 点,红表笔接B 点,万用表的指示值为( A )AB3ΩA 18ΩB 9ΩC 3ΩD 2Ω图1图27、如果三极管集电极电流I C远大于它的集电极最大允许电流I CM,则该管( A )A 被烧坏B 被击穿C 电流放大能力下降8、图2中的三极管处于状态(A )A 截止B 放大C 饱和9、在下列两种二极管中,常用于检波的二极管是(A ),其工作频率可达150KHZ,它的整流电流很(D ),常用于整流的二极管是( B ),其工作频率为3KHZ,它的整流电流很( C )。
A 2 A PB 2CPC 大D 小10、在下图的曲线中(A )是锗管的特性曲线,A AODB AOCC BOD D BOC11、放大器的三种组态都具有( D )A 电流放大能力B 电压放大能力C 功率放大能力D 储有能量作用12、下列各图中,三极管处于饱和导电的是( B )A B C DRR RB+9VV0.3V 0.3V 2V 3V13、检波二极管是采用( A )A 2AP9B 2CK2C 2CZ214、3DD15的正常用途( D )A 低频小功率放大B 高频小功率放大C 高频大功率放大D 低频大功率放大15、点接触式二极管比面接触式二极管的结电容要( A )A 小些B 大些C有的大些,有的小些16、电路上测得某三极管三个脚电压分别是6.7V、6.0 V、10 V,这三极管是(B )A PNP硅管B NPN 硅管C PNP锗管D NPN锗17、分别用R×100Ω档和R×1KΩ档测量,测量该二极管的正向电阻时,发现所测量阻值有所差别(B )A 二极管已损坏B 二极管是非线性器件C 不能用不同的档位测量同一管子18、当PN结两端加正向电压时,在PN结内参加导电的是(C )A 多数载流子B 少数载流子C 既有多数载流子又有少数载流子19、如果二极管的正反向电阻都很大,则该二极管( C )A 正常B 已被击穿C 内部断路20、在外电场作用下,空穴和自由电子运动形成的电流方向( A )A 相同B 相反C 不能确定21、使用晶体管时,下列哪些额定值不能超过( C )A 电流放大系数B 反向饱和电流I CBOC 耗散功率P CM22、当硅二极管加上0.4V正向电压时,该二极管相当于(B )A 很小的电阻B 很大的电阻C 短路23、用万用表的欧姆档测量小功率二极管的性能好坏时,应把欧姆档拨到( A )A R×100Ω档或R×1KΩ档测量B R×1ΩC R×10KΩ24、二极管的正极电位是-20V,负极电位是-10V,则该二极管处于(B )A 反偏B 正偏C 不变25、当晶体管的基极电源使发射结反偏时,则其集电极电流将( C )A 反向B 增大C 中断26、晶体管处于饱和状态时,它的集电极电流将( C )A 随着基极电流的增加而增加B 随着基极电流的增加而减小C 与基极电流的变化无关,只决定于V CC 和R C 27、场效应管属于( )型的电子元件( B ) A 电流控制 B 电压控制C 不受输入信号控制D 非线性28、场效应晶体管的特点是( C )A 输入电阻很低B 功耗大C 热稳定性好D 不宜于集成 29、场效应晶体管工作时几乎不向信号源吸收( C )A功率 B 电压 C 电流 D 都不对30、场效应晶体管是通过改变( )来控制漏极电流的( B )A 栅极电流B 栅源电压C 源极电压D 源极电流四、综合分析题。