汽车电工电子第六章半导体PPT.ppt

1,主讲:张闽临 赣州华坚科技职业学校,（第六章 常用半导体元件）,汽车电工与电子基础,2,本章要求：,一、理解 PN 结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用； 二、了解二极管、三极管和晶闸管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义； 三、会分析含有以上半导体元件的电路。,6.1概述,导体、半导体和绝缘体 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,3,6.2.1本征半导体,本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,4,Ge,Si,6.2.2本征半导体的导电机理,1.载流子、自由电子和空穴 在绝对0度（-273.15 ）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。 在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴,5,本征半导体的导电机理,6,+4,+4,+4,+4,+4,自由电子,束缚电子,空穴,本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度：温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。,6.2.3杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,7,一、N 型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为带正电的自由电子，,二、P 型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个带负电的空穴。,8,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。,6.2.3PN 结,PN 结的形成,9,在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结。,一、PN 结正向偏置,10,PN 结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P 区加正、N 区加负电压。 内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流，PN结 变薄。,变薄,二、PN 结反向偏置,PN 结加上反向电压、反向偏置的意思都是：P 区加负、N 区加正电压。 内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。,11,变厚,PN结单向导电,12,6.2半导体二极管,8.2.1基本结构 PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管，用塑料、玻璃和金属封装外壳。,13,6.2.2半导体二极管的结构,14,1.点接触型二极管,3.平面型二极管的结构,2.面接触型二极管的结构,6.2.2伏安特性,15,正向电压分死区，硅管为0.5V，超过死区电压后电流增大，二极管导通。 反向电压只有很小的电流，二极管不导通。超过击穿电压才导通。,6.2.3主要参数,1. 最大整流电流IOM 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。 2. 反向击穿电压UBR 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。 3. 反向电流IR 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。 4. 二极管的极间电容,16,8.2.4特种二极管,17,1、稳压二极管 稳压当反向电压达到或超过稳压值时，反向电流增大，反向电压被稳定在稳压值上。,2、发光二极管,18,发光二极管用特殊半导体材料（如砷化镓）制成的可发光的二极管。,常用二极管,19,6.3.1半导体三极管基本结构,三极管分为NPN和PNP两种，作用分为开关、放大等。共有3个引脚，分别是B（基极），C（集电极），E（发射极 ）。,20,三极管放大原理,21,C,E,B,6.3.3三极管放大原理,22,三极管工作特点是：发射结正向偏置，集电结反向偏置,实验得出以下数据:,mA,mA,mA,6.3.4输入特性曲线,23,输入特性曲线是在保持集电极与发射极之间的电压UCE为某一常数时，输入回路中的基极电流IB与基极射极间电压UBE的关系曲线。它反映了晶体管输入回路中电压与电流的关系,6.3.5输出特性曲线,24,三极管的工作状态可分为截止区、饱和区和放大区。,6.3.6输出特性三个区域的特点:,(1)放大区：发射结正偏，集电结反偏。 即：Ic=IB, 且Ic= Ib (2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 即：UCEIC，UCE0.3V (3) 截止区：发射结反偏，集电结反偏。 UBE 死区电压，IB=0 ，IC=ICEO0,25,6.3.7主要参数,26,1、电流放大倍数 和：分直流放大倍数和交流电流放大倍数。 2、集-射极反向截止电流ICEO； 3、集电极最大电流ICM； 4、集-射极反向击穿电压U（BR）CEO； 5、集电极最大允许功耗PCM：集电极电流IC 流过三极管，所发出的焦耳热。 6、集-基极反向截止电流ICBO：ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,27,电子管,常用三极管,28,6.5.1晶闸管的结构与符号,29,晶闸管由四层半导体组成，分别为PNPN，3个PN结，3个脚为阳极、控制极（门极）和阴极。俗称“电子开关”。,6.5.2单向晶闸管工作原理,30,1、正向阻断：控制极不通电，晶闸管不通。 2、正向导通：控制极通电，晶闸管导通。控制极断开，晶闸管仍导通。 3、反向阻断：控制极通电与否，晶闸管都不通。 4、晶闸管断开：只有在主电源中断或电流低于维持电流时，晶闸管才能断开。,（1）,（2）,（4）,（3）,31,单向晶闸管工作原理：,内部分析工作过程： 当晶闸管承受正朝阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失往阻挡作用。图b中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流进时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。,维持电流Ih,导通电流,（1）,6.5.3晶闸管（可控硅）的定义,普通晶闸管(VS)实质上属于直流控制器件。 双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。 特性：1、晶闸管具有可控性。2、晶闸管具有单向导电性。3、晶闸管一但导通，门极便失去控制作用。,32,晶闸管的参数,1、正向平均管压降Uf 2、最小触发电压Uc: 3、额定正向平均电流It: 4、维持电流Ih:,33,常用晶闸管,34,平板式,模块式,KP螺旋式,水冷式,晶闸管电路与用途,35,整流器,调压器,控制交直流弧焊机,6.6 集成电路,36,集成电路（integrated circuit，缩写：IC）是采用半导体制作工艺，在一块较小的硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线方法将元器件组合成完整的电子电路。,37,37,芯片（Chip） 指没有封装的单个集成电路 硅片（Wafer） 包含成千上百个芯片的大圆硅片,38,IC制造流程,芯片设计,晶圆制造,芯片封装,芯片测试,芯片制造,光罩制造,上游：设计,中游：制造,下游：封测,39,IC测试厂,硅原料,拉 晶,切 割,研 磨,清 洗,晶圆材料厂,电路设计,CAD,Tape out,电路设计公司,Reticle 制作,光罩制作厂,硅片投入,刻 号,清 洗,氧 化,化学气