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文档简介

第二章 半导体器件,(二极管、三极管、场效应管),2.1 半导体基础知识 1.本征半导体和杂质半导体 2.PN结的形成 3.PN结的单向导电原理 2.2 半导体二极管 4.二极管及其主要参数 5.稳压二极管,2.3 半导体三极管 6.三极管的结构,2.1 半导体基础知识,半导体:导电特性处于导体和绝缘体之间的 物质,如锗、 硅、砷化镓和一些 硫化物、氧化物等。,特点:,1.受外界热和光的作用时,导电能力明显变化。,2.纯净的半导体中掺入某些杂质,导电能力明显改变。,分类:本征半导体、杂质半导体,本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体。,硅,锗,如晶体硅和锗,它们的最外层电子都是四个。,1. 本征半导体和杂质半导体,4个价电子,恰好与相邻4个原子的价电子组成4个共价键。 呈束缚状态,在获得一定能量后,某些价电子脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴。,自由电子,空穴,载流子,在本征半导体中掺入某些杂质,可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体.,1.N型半导体(Negative type 电子型半导体),掺入五价的元素(磷、砷、锑 ),2.P型半导体(Positive type 空穴型半导体),掺入三价的元素(硼),N 型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的磷(五价元素),自由电子空穴,自由 电子,(多子),(少子),(以带负电的电子导电为主),P 型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的硼(三价元素),空穴,硼原子,自由电子空穴,(以带正电的空穴导电为主),多子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度, 少子的浓度主要取决于温度。,P区,N区,2. PN 结的形成,多子扩散,形成空间电荷区,内电场,(耗尽层),(阻挡层),PN结中有两种运动,漂移运动:由电场作用引起的少子的运动,扩散运动:由载流子浓度差引起的多子的运动,PN结的几种叫法:,空间电荷区: 留下的是不能运动的离子,耗尽层: 多子扩散到对方被复合掉,阻挡层: 形成的内电场阻止多子扩散运动,3. PN结的单向导电原理,(1)PN结外加正向电压,P加高电位(正向偏置),PN结处于( )状态,削弱 薄 多子 大 导通,内电场被(),只形成()漂移电流,(2)PN结外加反向电压,N端高电位(反向偏置),PN结处于()状态,由于漂移电流(反向饱和电流)很小,可近似为零,增强 厚 多子 很小 截止,1. PN结正偏时,呈现低电阻,具有较大的正向扩散电流,视为导通; 2. PN结反偏时,呈现高电阻,具有很小的反向漂移电流,近似截止; 由此可得出结论:PN结具有单向导电性.,二极管的符号:,4. 二极管及其主要参数,2.2 半导体二极管,(1) 基本结构,PN结加上引线和管壳,就成为半导体二极管。,按材料分:硅管,锗管,面接触型,点接触型,(只能通过较小的电流),(可通过较大的电流),按结构工艺分:,(2) 二极管的伏安特性,死区,正向,反向,电压,正向特性,反向特性,反向击穿特性,(3)二极管的主要参数(自学),最大整流电流 IFM,最高反向电压URM,反向饱和电流 IR,最高工作频率fM,5. 稳压二极管,特点:工作在反向击穿区,其反向击穿是可逆的.,稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管。它在电路中与适当数值的电阻配合后能起稳定电压的作用。,作用: 稳定电压,非单向导电.,曲线越陡,电压越稳定。,UZ,稳压管的伏安特性:,反向电压在一定范围内变化时,反向电流很小。,当反向电压增高到击穿电压时, 反向电流剧增,稳压管反向击穿。,击穿后,电流虽大范围变化, 但稳压管两端电压变化很小,例1:图中二极管的导通压降是0.7V,求UO。,UO,6V,+,_,UO,6V,+,_,2,2,4,UO = 5.3 V,UO = 0.7 V 二极管起钳位作用,例2:下图中二极管均为锗管,判断图中的二极管是导通还是截止,并求UO。,UO,6V,导通,UO = 6.2 V,截止,UO = 5 V,10V,UO,8V,5V,+,+,例3:二极管半波整流,整流电路,正半周: D1、D3 导通 D2、D4 截止,负半周 D2、D4导通 D1、D3截止,例4:二极管全波整流,1947年12月23日美国贝尔实验室发明一个器件,可以通过微弱电流控制大得多的电流,因而产生了放大效应。这个器件就是在科技史上具有划时代意义的成果晶体管,“献给世界的圣诞节礼物”,“1956年诺贝尔物理”,6.三极管的结构,2.3 半导体三极管,三极管的结构示意图:,NPN型,PNP型,collector base emmiter,基区:较薄,掺杂浓度低,集电区:面积较大,发射区:掺 杂浓度较

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