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半导体器件之我见

2018-6-30 17:56:29 显示全部楼层
PN结,是一切半导体器件的基础!
PN结≠二极管,PN结,是组织,在本征材料中定向掺杂就能建立,
单向导电性,只是PN结的基本功能,近场效应,则是PN结进阶层级的重要机制。

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費解〖HK〗 2018-6-30 18:24:03 显示全部楼层
半导体有源器件的核心,是PN结,
二极管,是PN结的直接运用,给PN结加上端子及封装,就成了二极管,
当PN结被正偏时,载流子跟电源的关系适配(空穴在正,电子在负),效果相当于把电源两极相碰,反偏时,载流子跟电源极性不适配,无以为继,所以,结区就空乏了,导不了电。

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費解〖HK〗 2018-6-30 19:09:39 显示全部楼层
二极管,不管你串联並联,都是成不了有源器件的,
有源器件运用的,是近场作用,把PN结卷起来或紧靠叠加,近场作用才能生效,
PN结的 电导各导向性,不过是决定了有源器件的控制方式(耗尽型抑或增强型)而矣,
对PN结缺乏通盘认识,是传统教材的部署问题,是人们对二极管跟三极管两者认知割裂的根本原因!

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关系到PN结的,除了导电各异向性与近场作用,还有 穿通,
PN结正向运用时只会烧坏,击穿是反偏时才有的问题,有源器件的击穿是发生于反偏结的,
PN结的击穿,有雪崩与齐纳两种,雪崩击穿,就是少数载流子的大量涌进,齐纳击穿则是空乏区内复合中心的分裂(有点像液体的真空沸腾),
PN结的承压机制跟绝缘体不一样,PN结是以电场承压的,电场的寄存需要边界层,结区跟端子之间那段没被耗尽的部份,就是让结电场正常发挥所需的隔离带,
当PN结被反偏时,空乏区会随着电压的升高而增厚,如果端子离结区太近,则耗尽层就会碰到端子,PN结还未达到本身的耐压限度,就已变得像普通电阻那样导电了,这就是穿通,结与结之间也会穿通,有源器件利用的是近场作用,结与结的安全距离需要考虑。
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强功率半导体器件,能承载千安级的电流,
那意味着,整个芯片在开通时的实体电阻只能是微欧级,
即使是重度掺杂的半导体,甚至是银,也必须极薄才能大量导电,事实上,有源器件的单体都是微观尺寸的(近场作用也是微观尺度的),
空乏区或Ⅰ层近乎本征状态,阻力很大,但始终不是无限大,在微观尺度下,绝缘能力是很有限的,阻值亦不太大,所以,一且击穿或穿通,管芯就会像 把用于弱电的电阻直接架在强电上那样,冒烟爆炸!

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认识BJT,须了解各处的互动关系,
整个BJT中,其实只有发射结是受控的,其他都不受控制且各不相干,只是各司其职,有源功能的实现,不过是每个环节摆对了位置,互动得以建立而矣。

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PN结反偏时,结区空乏,漂移穿越结区的载流子,却跟正偏时相同,所以,这些少数载流子是不能解除结区的空乏状态的,就如真空管内有电子奔流时依然真空那样,
真空不会干预电荷的流动,但半导体是物质,载流子在半导体中流动就像电在电阻内流通,有电阻就有功耗,虽然管芯已是微观尺寸,但除非少数载流子的渡越能使耗尽层的阻力锐减,否则,芯片电阻还是不够小的。

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元件的运用,是电子技术,有源器件的原理,则涉及半导体物体,两者虽相关但领域不同,在院校课程中也是分科的,所以两者同书刊载似没必要。
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半导体有源器件,按操控分类可分为增强与耗尽两型,按构造分类则可分为结型及绝缘型,
场效应管两型皆有,共同点是功率环路都是沟道,沟道只有通态电阻,没有饱和压降,亦没有正反偏之分。

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BJT饱和时,Uce<Ube,
DIAC,SSS及肖克利四层管,都是二端子器件,以正向转折方式开通,它们的「Ube」又是何境况呢?!

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上述几种有源器件,都是 双极型(半导体才有)的,
双极型器件的饱和,涉及 集电极正偏 的问题,固件架构无法重设,集电结跟电源的关系也是既定的,在集电极无对地支路的情况下,集电结按理该没正偏的可能,
可实际上,Ucb 真的可以逆转,对于这种逆转,只能解释为「集极沉陷」,这沉陷是如何形成的,集电结正偏的程度为何总是相当于PN结的拐点电压,可堪玩味。

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BJT的输入特性

BJT的输入特性

实际上,当 Uce 小于0.45V 时,那伏安特性已非 真正BJT的输入特性!
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双极型有源器件都有饱和压降,
因为,正向势垒与空乏区电场都需要一定压差才能工作,当集极电位「沉陷」到某程度,两种力量都会无以为继,Uce 遂受制于此 下止点,无法再减了,我想大概是这样吧。

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当负载占用全部的电源电压,功率环路的电流就无法进一步增加,如果对发射结的驱动继续加强,则「Ie」只能都往基极跑,那基极电流也实际上也已非真正意义上的 Ib 了。

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BJT正常饱和时,集电结已无压差,但 Ie 可由电源电动势直接抽运,
集极电位的「沉陷」,是由于 Ie 在基区充盈泛滥,所造成的效果相当于MOSFET的感生沟道,
不过,发射结的正向势垒是双极型器件的灵魂,不能破坏,沟道是 Ie 建立的,但沟道不会把势垒破坏,这势垒的存在,造成无法消除的压降,
若 Vcc 小于0.45V,则抽引 少数载流子 所需的集电结电场无法建立,管子不能开通,而驱动者的电流除流进发射结外,还经集电结流进电源,相当于两只二极管並联,这样的伏安特性,已不配称之为 有源(工况)器件的输入特性了!
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