第6章半导体二极管与晶体管

1、第6章 半导体二极管和晶体管 6.1 半导体的基础知识根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体：容易导电的物体。如：铁、铜等绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等半导体：是导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。在一定条件下可导电。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。6.1.1 本征半导体纯净且晶格完整的半导体称为本征半导体。 硅硅和锗锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。其简化原子结构模型如下图：本征半导体的共价键结构平面示意图 温度越高，半导体材料中产生的自由电子便越多。束缚电子脱离共价键成为自由电子后，在原来的位置留有一个空位，称此空位为空穴。这种现象

2、叫做本征激发本征激发。 本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相同。 空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。本征激发和两种载流子本征激发和两种载流子自由电子和空穴自由电子和空穴本征半导体中的自由载流子 在外电场的作用下，自由电子和空穴均能定向移动形成电流 电子电流：自由电子的定向移动 空穴电流： 思考：空穴真的在移动吗？ 空穴电流是价电子定向移动(1) N型半导体(2) P型半导体6.1.2 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。1N型半导体 在半导体硅中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导

3、体自由电子N型半导体的共价键结构 N型半导体中，自由电子为多数载流子（多子），空穴为少数载流子（少子）。N型半导体主要靠自由电子导电。2P型半导体在本征半导体硅中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体P型半导体晶体的共价键结构 P型半导体中，空穴为多数载流子（多子），自由电子为少数载流子（少子）。P型半导体主要靠空穴导电。特别提示：特别提示： 杂质半导体的杂质原子必须是微量的，且有用，否则将改变半导体的晶体结构 杂质半导体中，多子的浓度取决于杂质浓度，而少子浓度很低，且随温度的升高而升高 在杂质半导体中，有多子和少子之分，但整块半导体对外呈电中性6.1.3 PN结的形成及特性漂移运动

4、 当有电场作用时，半导体中的少数载流子将产生定向运动，称为漂移运动。载流子的漂移运动形成的电流称为漂移电流 扩散运动 多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动。载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。 一、PN结的形成P型和N型半导体交界处载流子的扩散 图6.1.7 PN结的形成 若将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，则它们的交界面就形成了PN结。 因浓度差因浓度差多子扩散多子扩散形成空间电荷区形成空间电荷区促使少子漂移促使少子漂移阻止多子扩散阻止多子扩散 空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从N区指向P区的内电场。 内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用

5、。同时，内电场则可推动少数载流子的漂移运动。漂移运动和扩散运动的方向相反。 无外加电场时，通过PN结的扩散电流等于漂移电流，PN结中无电流流过，PN结的宽度保持一定而处于稳定状态。二、PN结的单向导电性如果在PN结两端加上不同极性的电压，PN结会呈现出不同的导电性能。 PN结外加正向电压：PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN结外加正向电压，又称PN结正向偏置，简称为正偏。（与内电场方向相反）PN结P端接低电位，N端接高电位，称PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置，简称为反偏。（与内电场方向一致） PN结外加正向电压 PN结外加反向电压 PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状

6、态，外加反向电压时处于截止状态。6.2 半导体二极管 6.2.1 二极管的结构与伏安特性将PN结用外壳封装起来，并装上电极引线就构成了半导体二极管。 常用二极管的符号、结构示意图 二极管的伏安特性 正向特性：二极管外加正向电压时，电流和电压的关系称为二极管的正向特性。 Se1Tu UiI电压当量反向饱和电流根据理论分析，PN结两端的电压u与流过PN结的电流i之间的关系为反向特性反向特性二极管外加反向电压时，电流和电压的关系称为二极管的反向特性。二极管外加反向电压时，反向电流很小，而且在相当宽的反向电压范围内，反向电流几乎不变，因此，称此电流值为二极管的反向饱和电流。思考：如何理解反向特性？ 当

7、反向电压的值增大到UBR时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，UBR为反向击穿电压。 利用二极管的反向特性，可以做成稳压二极管，但一般的二极管不允许工作在反向击穿区。 反向击穿特性反向击穿特性思考：一般的二极管发生反向击穿后是否还能正常工作？二极管的伏安特性曲线 当二极管所加正向电压比较小时当二极管所加正向电压比较小时（0UUBUE；（d）对NPN型硅三极管，有发射结电压UBE0.7V；对NPN型锗三极管，有UBE0.2V。 三极管工作在饱和状态时具有如下特点：（a）三极管的发射结和集电结均正向偏置（条件）；（b）三极管的电流放大能力下降，通常有ICIB；（特点）（c

8、）UCE的值很小，称此时的电压UCE为三极管的饱和压降，用UCES表示。一般硅三极管的UCES约为0.3V，锗三极管的UCES约为0.1V；（d）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。 饱和区饱和区典型题型 P173 例6.4.1当输入信号的幅度很小时，将晶体管视为线性元件。6.4.3 晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路 mAImVrCbe26300注意：电压和电流的表示规定！注意：电压和电流的表示规定！6.4.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数 1电流放大系数2极间反向电流3极限参数（1）共射直流电流放大系数 （2）共射交流电流放大系数 （1）集电极-基极反向饱和电流ICBO（2）集