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作安
4 years ago
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第一章半導體概論 1-1 1-1 共價鍵與價電子 1-3 1-2 能帶與固態材料的分類 1-7 1-3 半導體材料與分類 1-10 1-4 雜質半導體 (Impurity

二極體電路解法 2-13 2-3 特殊二極體 2-18 第三章二極體應用電路 3-1 3-1 電源電路概論 3-4 3-2 整流器 (Rectifier) 電路 3-8 3-3 濾波器

1 第一章半導體概論共價鍵與價電子能帶與固態材料的分類半導體材料與分類雜質半導體 (Impurity Semiconductor) 半導體導電特性半導體溫度特性 PN 接面 1-25 第二章二極體 PN 二極體二極體電路解法特殊二極體 2-18 第三章二極體應用電路電源電路概論整流器 (Rectifier) 電路濾波器 (Filiter) 電路倍壓器 (Voltage Multiplier) 電路截波器 (Clipper) 電路箝位器 (Clamper) 電路 3-33 第四章雙極性電晶體 4-1

4-1 基本概念 4-3 4-2 微觀物理結構 4-11 4-3 線性放大組態 4-14 4-4 直流偏壓電路 4-21 4-5 負載線 (Load Line) 與工作點 (Operating Point) 4-32 4-6 歐力效應 (Early Effect) 4-35 第五章場效應電晶體 5-1 5-1 基本概念 5-3 5-2 JFET 5-7 5-3 增強型

2 4-1 基本概念微觀物理結構線性放大組態直流偏壓電路負載線 (Load Line) 與工作點 (Operating Point) 歐力效應 (Early Effect) 4-35 第五章場效應電晶體基本概念 JFET 增強型 MOSFET(Enhancement MOSFET) 空乏型 MOSFET(Depletion MOSFET) 非理想特性 CMOS 結構與特性 FET 直流偏壓分析 5-29 第六章小信號單級放大器雙埠網路 BJT 小訊號的模型及參數 FET 小訊號的模型及參數 6-21 第七章多級放大與頻率響應分貝頻率響應概論串級特性耦合類型電晶體複合組態 7-15

3 7-6 轉移函數與波德圖頻率響應分析技巧電晶體高頻小信號模型 7-30 第八章電流鏡與差動放大器 BJT 電流鏡 MOS 電流鏡 BJT 差動放大器 FET 差動放大器 8-29 第九章負回授基本觀念回授放大器 9-6 第十章功率放大基本觀念各典型電路分析放大器的失真散熱與功率第十一章運算放大器理想 OPA 基本應用電路數學運算電路信號取樣電路特殊應用電路非理想運算放大器特性 μa

4 第十二章濾波器一階濾波器二階濾波器特殊濾波器第十三章信號產生器概論低頻弦波振盪器高頻弦波振盪器史密特觸發器 (Schmitt Trigger) 非正弦波振盪器第十四章穩壓電路基本觀念線性電壓調節器交換式電壓調節器第十五章數位邏輯電路組合邏輯 (Combinatorial Logic) 循序邏輯 (Sequential Logic) 記憶體 (Memory) BJT 邏輯電路 CMOS 邏輯電路電氣特性附錄最新試題 16-1

5 第一章半導體概論共價鍵與價電子依據波爾原子模型可知, 軌道上電子的分布有下列兩項規則 : 數量原則 : 依循 2N 2 規則 (N 為軌道數 ) 填滿原則 : 內層填滿後, 才會依序往外擴充最後必會產生一個最後 ( 最外 ) 層的軌層, 此最外層軌道上的電子不一定呈現填滿的狀態價電子 : 價電能軌 (Valence Orbit): 原子最外層的軌道價電子 (Valence Electron): 價電能軌上的電子, 即原子最外層軌道上的電子價電子由於位在原子結構的最外層, 所以受到本身原子核的吸引力最小 ( 吸引力與距離平方成反比 ) 所以當受到足夠的外加能量( 例如 : 溫度輻射電場 ) 所激勵後, 後部分的價電子便會跳到更外層的空能軌上, 脫離原有 ( 原子核 ) 的束縛共價鍵結 (Covalent Bonidng): 矽 ( 或鍺 ) 原子是一種四價的元素, 依據八隅體學說, 其價電子會以互相分享來達到穩定的狀態每一個矽 ( 或鍺 ) 原子都與其相鄰的 4 個原子共用一個價電子, 使每一個矽 ( 或鍺 ) 原子最外層的軌道上都各有 8 個價電子, 而達到穩定的需求, 此種結合的方式便稱之為 : 共價鍵結

6 1-4 電子學矽與鍺的原子結構圖矽原子的共價鍵組態電荷載子 (Charge Carriers): 共價鍵破裂 : 共價鍵內的價電子獲得足夠的外加能量, 克服共價鍵的束縛, 形成自由電子的過程電洞 (Hole): 共價鍵破裂時, 價電子脫離價電帶所留下的空缺 ( Vacancy) 電子電洞對 (Electron-hole Pair): 每一個共價鍵破裂時, 均會同時產生一對數目相同的自由電子和電洞產生價電子自由電子電洞結合電洞的特性 :

7 第一章半導體概論 1-5 電洞等效於一個載有正電荷, 且電荷量與電子相同的個體庫侖電洞的移動方向與電子相反 ( 補位作用 ) 電子的移動率高於電洞的移動率可藉由霍爾效應 (Hall Effect) 來證明電洞為一個帶正電荷的粒子電子流與電洞流 : 傳導帶中, 自由電子的移動造成電子流價電帶中, 電洞的移動造成電洞流電子流與電洞流 : 方向相反大小相等 ( 本質半導體 ) 電洞流的方向與傳統電流的方向相同電子流與電洞流的結果是相加作用而不是互相抵消 I I h I e 半導體中存有兩種電荷載子電子與電洞電子流 + 電洞流金屬導體因無能隙間隔, 所以不存在電洞載子電子流每一個共價鍵斷裂會產生: 一個電洞兩個自由電子 : 一個自由電子一個電洞和一個自由電子地方五純矽質半導體中, 其原子的結合方式為 : 金屬結合離子結合共價結合電子結合

8 1-6 電子學 : 普考半導體因溫度的關係造成共價鍵破裂, 此時半導體會產生 : 僅有自由電子僅有電洞自由電子及電洞正負離子臺電養成班 :

第一章半導體概論 1-7 1-2 能帶與固態材料的分類材料能帶模型 : 每一種固態材料都有其本身的能帶圖 (Energy Band Diagram), 而由能帶圖可看出材料的一些基本特性, 例如 : 傳導或絕緣能力吸光與放光特性等能帶 (Energy Band): 孤立的原子 : 能軌與能階固態材料 : 無數個原子交互作用後將使得電子的出沒不再是一個特定且單一的能軌,

9 第一章半導體概論能帶與固態材料的分類材料能帶模型 : 每一種固態材料都有其本身的能帶圖 (Energy Band Diagram), 而由能帶圖可看出材料的一些基本特性, 例如 : 傳導或絕緣能力吸光與放光特性等能帶 (Energy Band): 孤立的原子 : 能軌與能階固態材料 : 無數個原子交互作用後將使得電子的出沒不再是一個特定且單一的能軌, 而是一個能量的範圍 (Range), 這個能量的範圍稱之為 : 能帶能隙 (Energy Gap,E g ): 能帶與能帶間的能量間隙電子不允許出現在能隙的範圍內, 所以能隙代表電子在能量空間中的禁止區(Forbidden Region) E g E c E v, 即自價電帶移一電子到傳導帶所需的能量或電子自傳導帶返回價電帶所釋放的能量當溫度升高時, 物質因吸收了熱能, 而使得能隙相對地變小導電性增加能隙的大小是物體導電能力好壞的因素之一能帶示意圖價電帶 (Valence Band): 價電子所處的能帶範圍傳導帶 (Conduction Band): 自由電子所存在的能帶範圍

10 1-8 電子學各能階躍遷公式 : 各能階進行跳躍間所需的能量 : E h f h( 浦郎克常數,Planck Constant): J-s 實用公式 : 固態材料的分類 : 特性 E C E V 材料導體 (Conductor) 1240 Å nm E g 絕緣體 (Insulator) 半導體 (Semiconductor) 能隙傳導帶與價電帶重疊能隙過大 E g 0 矽 :1.21eV(0K) 鍺 :0.78eV(0K) 電導係數 ~10 3 (Ω-cm) 1 自由電子濃度 ( 個 /cm 3 ) ~10 22 導電載子電子無電子電洞電流漂移電流無擴散電流漂移電流溫度效應 T 導電率電阻溫度係數正無導電率負本質 :T 導電率高雜質 :T 導電率本質 : 負高雜質 : 正電子伏特 (Electron Volt,eV): 一種表示能量或功的單位定義 : 移動 1 個電子使其電位差等於 1 伏特所做的功 1eV C 1V 1eV Joule 1eV erg

11 第一章半導體概論 1-9 目的 : 符合電子的微觀世界負電阻溫度係數之材料, 當溫度愈高時, 其電阻 : 愈小愈大不變不一定先變小再變大臺電養成班 : 電子伏特表示: 電壓電流能量阻抗地方五 :

12 1-10 電子學 1-3 半導體材料與分類常見半導體材料的分類 : 依元素的組成可分為 : 元素半導體 (Element Semiconductor): 矽 (Si) 鍺(Ge) 複合物 ( 化合物 ) 半導體 (Compound Semiconductor): 砷化鎵 ( GaAs) 依能帶結構可分為 : 間接能隙 (Direct Bandgap): 矽 (Si) 鍺(Ge) 直接能隙 (Indirect Bandgap): 砷化鎵 (GaAs)

13 第一章半導體概論 1-11 常用的半導體材料特性比較表 (300K): 鍺 (Ge) 矽 (Si) 砷化鎵 (GaAs) 原子量 (g/mole) 密度 (g/cm 3 ) 原子濃度 ( 個 /cm 3 ) 能隙 E g (ev) 本質濃度 n i ( 個 /cm 3 ) ( ) 電子遷移率 μ n (cm 2 /V-sec) 電洞遷移率 μ p (cm 2 /V-sec) 電子擴散係數 D n (cm 2 /sec) 電洞擴散係數 D p (cm 2 /sec) 介電常數 r 電阻係數 (Ω-cm) 少數載子平均壽命 (sec) 原子鍵結共價鍵共價鍵離子鍵能帶結構間接能隙間接能隙直接能隙週期表中與半導體有關的元素 : 週期二價三價四價五價六價 2 3 Zn 鋅 30 4 Znic Cd 鎘 48 5 Cadmium 元素半導體 : B 硼 5 Boron Al 鋁 13 Aluminum Ca 鎵 31 Gallium In 銦 49 Indium Si 矽 14 Silicon Ge 鍺 32 Germanium P 磷 15 Phosphorus As 砷 33 Arsenic Sb 銻 51 Antimony S 硫 16 Sulfur Se 硒 34 Selenium

14 1-12 電子學為一種單晶半導體代表 : 矽 (Si) 鍺(Ge) 鍺是 1950 年代主要的半導體材料, 現已被矽所取代矽是目前應用最廣泛技術最成熟的半導體 Ⅲ Ⅴ 族半導體 : 為一種複合物半導體代表 : 砷化錠 (GaAs) 應用 : 微波元件光電元件 Ⅱ Ⅳ 族半導體 : 為一種複合物半導體又稱為 : 氧化物型半導體代表 : 硒化鋅 (ZnSe) 硫化鎘(CdS) 應用 : 熱阻體感測元件 ZnSe 的放光波長正好介於藍光的範圍藍光 LED 下列何種材料參數為決定半導體光偵測器可使用的光波頻段? 半導體熱脹冷縮係數半導體能隙 (Band Gap) 寬度半導體電阻率半導體的光激發載子生命週期初考 :

ch05

ch05 物理系光電組二年級電子學單元七 BJT 電晶體授課老師 : 輔仁大學物理系副教授張敏娟 2015 spring 1 物理系光電組二年級電子學單元七 BJT 電晶體 BJT 電晶體基本原理 1 BJT 電晶體把 N 型和 P 型半導體, 再組合, 變成電晶體 BJT 電晶體是一個把訊號放大的元件 3 BJT 電晶體三端元件 4 BJT 有兩種組成 NPN 型 PNP 型 5 N