半导体器件基础知识ppt课件.ppt

医学电子仪器原理与技术 生物医学工程研究所 本课程内容 医学电子仪器与基础电路 生理参数测量仪器 医学超声仪器 临床检测分析仪器 生理功能辅助仪器 医用光学技术与仪器 治疗用电子仪器 放射治疗肿瘤装置 医用仪器干扰的抑制和安全用电 第一章 医学电子仪器与基础电子电路 医学电子仪器的特点 医学电子仪器的分类 半导体器件的基础知识 生物医学放大电路 电子振荡电路 直流稳压电路 数字逻辑电路 1.1 医学电子仪器的特点 高精度、高标准、高质量 多门类、多品种、多规格 新技术、新材料、新原理应用迅速 1.2 医学电子仪器的分类 生物电检测仪器及非电生理参数检测仪器 生物电检测仪器 （心电、肌电等） 非电生理参数检测仪器 （体温、血压等） 监护仪器（床旁、中心监护、手术监护） 临床检验分析仪器 （血气、生化分析仪） 生理功能辅助仪器 （呼吸机、麻醉机） 医用超声仪器 医学电子仪器的分类 医用X线诊断装置 X线计算机断层成像系统(XCT) 磁共振成像系统 (MRI) 核医学诊断仪器及设备 （ECT、PET） 放射治疗装置 （钴60、X-刀、γ-刀） 医用光学仪器 （医用内窥镜等） 治疗与康复仪器 3.掺入微量杂质对半导体导电性能的影响 如果在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电能力将大大增强。而且掺入的杂质元素不同、浓度不同，半导体的导电性能可以人为地控制。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。根据掺入杂质的不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体两种。 N型、P型半导体及PN结 在半导体中掺入少量5价元素磷（或砷、锑），可使半导体内的自由电子数量剧增。在这种半导体中自由电子占绝大多数，故称为多数载流子（多子），而空穴则为少数载流子（少子）。它主要依靠带负电的电子导电，所以叫电子型半导体，或N（Negative）型半导体。 在本征半导体中掺入少量3价元素硼（或铝、镓、铟），可使空穴的数量剧增。在这种半导体中，空穴是多数载流子，自由电子为少数载流子，它主要依靠带正电的空穴导电，所以叫空穴型半导体，或P（Positive）型半导体。 单一的N型或P型半导体只能起电阻作用。但若将这两种半导体以某种方式结合在一起，构成PN结，就可使半导体的导电性能受到控制，这样才能制成各种具有不同特性的半导体器件。 利用特殊的掺杂工艺，可使一块半导体的一部分成为P型半导体（P区），而另一部分成为N型半导体（N区），则在两者交界处形成一个具有特殊性质的区域，称之为PN结。 PN结的形成过程中同时存在着多子的扩散运动和少子的漂移运动。当PN结处于动态平衡状态时，多子的扩散电流与少子的漂移电流大小相等且方向相反，通过PN结的电流为零，即PN结处于不导电状态。 但如果在PN结两端加上电压，就会打破原来扩散和漂移的动态平衡状态，使PN结呈现单向导电的性能。单向导电性是PN结的基本特性。 （a）加正向电压 （b）加反向电压 图1.1 PN结外加电压 当PN结外加正向电压时，PN结处于低电阻的导通状态，正向电流较大；当PN结外加反向电压时，PN结处于高电阻的截止状态，反向电流很小。这就是PN结的单向导电性。但当加于PN结的反向电压增大到一定数值时，反向电流可突然急剧增大，这种现象称为PN结的反向击穿。对应于电流开始剧增时的电压称为反向击穿电压。发生反向击穿时，只要反向电流的热效应不破坏PN结，当反向电压下降到击穿电压以下时，PN结的性能仍可恢复。 半导体二极管 半导体二极管实际上就是一个PN结，由一个PN结加上接触电极、引线和管壳构成的。它的用途很广，如用作整流、高频检波和数字电路中的开关元件等。为适用于各种不同的用途，制成了各种类型的半导体二极管。但其工作原理都是基于PN结的单向导电性。 二极管的电路符号为； 1. 二极管的伏安特性 (1)正向特性 死区电压 正向导通压降UF 正向导通区 (2)反向特性 反向截止区 反向击穿 反向击穿电压 图1.2 二极管伏安特性曲线 2. 二极管的应用 二极管的应用范围很广，利用其单向导电性，可组成整流、检波、限幅、钳位等电路。还可用它构成其他元件或电路的保护电路，以及在脉冲与数字电路中作为开关元件等。在作电路分析时，一般可将二极管视为理想元件，即认为其正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计。反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。 二极管导通与截止的判断 要判断二极