清华模电课件第四课时.pptx
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1、威廉肖克利(William Shockley):晶体管之父、1956年度诺贝尔物理学奖获得者(摘要版)肖克利,1910年生于伦敦。3岁随父母举家迁往加州。从事矿业的双亲从小灌输科学,加上中学教师斯拉特的熏陶,他考入了加州理工学院,后进入麻省理工(MIT),修成博士后留校任教。肖克利,这位20世纪最具才华的人物,也是最让人难以捉摸的人物。对管理技巧一窍不通,甚至跟人打交道的能力都没有,却偏偏十分自以为是。一位硅谷经理人员说他是一位天才,又是一位十足的废物。在贝尔实验室期间与人共同发明晶体管,被媒体和科学界称为20世纪最重要的发明。他率先引导硅谷走向电子产业新时代。第1页/共52页 他不相信任何人
2、。如果我们在实验室搞出什么名堂,他需要打电话给贝尔实验室的老朋友,问这是不是真的,这对提高士气没有任何积极影响。肖克利跟人说话,总象对待小孩子一样,态度日趋傲慢。他的门徒们提议研究集成电路,但肖克利拒绝了他们的建议。到1957年,8人中有7人产生跳槽的想法。肖克利大发雷霆,把他们称作叛徒,时称叛逆八人帮,成了硅谷最著名的典故之一。他们创办了具有传奇色彩的仙童公司。肖克利的梦想破灭了。但他的叛逆八人帮成了硅谷最重要的火种。几年后,他们发明了集成电路,改变了整个世界。第2页/共52页 肖克利以自己惨痛的失败成全了硅谷的繁荣。但也有人说,肖克利对硅谷来说是一种报应。因为在肖克利之后,原先由HP创立的
3、标准从此走向消亡,肖克利留下的东西弥漫在硅谷上空:贪婪、天才、忠诚瓦解、野心、悲剧和突然的毁灭,正是这些构成了未来硅谷周期性的特征。8个人如此决断地离去,是肖克利一生中最大的打击,他永远不会原谅他们。但是三年后,在一次商业宴会上,他偶遇诺宜斯,肖克利还是率先打招呼:你好,罗伯特,然后便走开了。从那以后,他们有近20年时间没再说过话。第3页/共52页 这位老科学家发财梦彻底破灭,被迫弃商就教,于1963年到斯坦福大学做教授。70年代,肖克利公开宣称:并不是所有的人在遗传上都是在同等水平的,也不是在同等的基础上进化的。这些极具争议的活动,经过宣传媒体的广泛报道,不幸地掩去了肖克利的科学成就和他对硅
4、谷所做的贡献。第4页/共52页1.3.1三极管的结构三极管的结构常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图图1.3.2三极管的结构三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe 发射极,b基 极,c 集电极。第5页/共52页平面型(NPN)三极管制作工艺NcSiO2b硼杂质扩散e磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN在 N 型硅片(集电区)氧化膜上刻一个窗口,将硼杂质进行扩散形成 P 型(基区),再在 P 型区上刻窗口,将磷杂质进行扩散形成N型的发射区。引出三个电极即可。第6页/共52页becPNP合金型三极管制作工艺:在 N
5、 型锗片(基区)两边各置一个铟球,加温铟被熔化并与 N 型锗接触,冷却后形成两个 P 型区,集电区接触面大,发射区掺杂浓度高。第7页/共52页图图 1.3.3三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号(a)NPN 型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极 c基极 b发射极 eNNP第8页/共52页集电区集电结基区发射结发射区集电极 c发射极 e基极 bcbe符号NNPPN图图 1.3.3三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号(b)PNP 型第9页/共52页1.3.2三极管的放大作用三极管的放大作用和载流子的运动和载流子的运动(重点、难点重点、难点)以 NPN 型三极管为例讨论图图
6、1.3.4三极管中的两个三极管中的两个 PN 结结cNNPebbec表面看三极管若实现放大,必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。不具备放大作用第10页/共52页三极管内部结构要求:NNPebcN N NP P P1.发射区高掺杂。2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米,而且掺杂较少。三极管放大的外部条件:外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态,而集电结处于反向偏置状态。3.集电结面积大。第11页/共52页电极电位之间的关系是:NPN型 UCUBUE PNP型 UCUBUE 第12页/共52页2.满足放大条件的三种电路第13页/共52页becRcRb三极管中载流子运动过程I E
7、IB1.发射发射区的电子越过发射结扩散到基区,基区的空穴扩散到发射区形成发射极电流 IE(基区多子数目较少,空穴电流可忽略)。2.复合和扩散电子到达基区,少数与空穴复合形成基极电流 Ibn,复合掉的空穴由 VBB 补充。多数电子在基区继续扩散,到达集电结的一侧。图图 1.3.5三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动第14页/共52页becI EI BRcRb三极管中载流子运动过程3.收集集电结反偏,有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 Icn。其能量来自外接电源 VCC。I C另外,集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流,用ICBO表示。ICBO图图 1.
8、3.5三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动第15页/共52页beceRcRb三极管的电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO IE=ICn+IBn一般要求 ICn 在 IE 中占的比例尽量大。而二者之比称直流电流放大系数,即一般可达 0.95 0.99第16页/共52页三个极的电流之间满足节点电流定律,即IE=IC+IB代入(1)式,得其中:共射直流电流放大系数。IC=ICn+ICBO IE=ICn+IBn第17页/共52页上式中的后一项常用 ICEO 表示,ICEO 称穿透电流。当 ICEO IC 时,忽略 ICEO,则由上式可得共射直流电流放大系数
9、 近似等于 IC 与 IB 之比。一般 值约为几十 几百。第18页/共52页三极管的电流分配关系一组三极管电流关系典型数据IB/mA 0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961.任何一列电流关系符合 IE=IC+IB,IB IC 0UBC UB UEPNP 型三极管应满足型三极管应满足:UEB 0UCB 0即即 UC UB 0 时的输入特性曲线当 UCE 0 时,这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。
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