第七章半导体器件

半导体的基础知识，P型硅，N型硅PN结及半导体二极管稳压二极管半导体三极管第7章半导体器件10.1.1本征半导体现代电子学中，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。Si硅原子Ge锗原子§10.1半导体的基本知识通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。在硅和锗晶体中，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+410.1.2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。载流子：电子，空穴N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）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，其中四个与相临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自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。硅或锗+少量磷N型半导体N型半导体多余电子磷原子硅原子+N型硅表示SiPSiSiP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，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。硅或锗+少量硼P型半导体空穴P型半导体硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体10.2.1PN结的形成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。§10.2PN结及半导体二极管P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区PN结处载流子的运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场EPN结处载流子的运动内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场EPN结处载流子的运动所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。10垄.2华.2涨P踩N结的团单向丢导电籍性PN结加上货正向解电压、正向去偏置的意战思都穿是：P区加好正、N区加侨负电减压。PN结加上番反向威电压、反向漏偏置的意材思都箱是：P区加揪负、N区加灭正电练压。PN结正凝向偏域置－－－－++++内电为场减狱弱，闭使扩详散加抚强，扩散飘动移，低正向绳电流隙大空间电荷区变薄PN+_正向电流PN结反尼向偏捎置－－－－++++空间电荷区变厚NP+_++++－－－－内电吧场加贵强，扁使扩辨散停妈止，有少井量飘予移，坑反向疯电流投很小反向受饱和聚电流很小雾，A级10冒.2尸.3半导饺体二蕉极管(1冲)、基记本结造构PN结加卡上管饼壳和芹引线攻，就妥成为延半导星体二鼓极管输。PNPN符号阳极阴极半导屿体二酷极管毒的型蕉号国家象标准评对半洽导体月器件它型号睛的命窄名举拥例如屈下：半导乘体二骄极管蹲图片(2筑)、伏用安特桶性UI导通绪压降:硅管0.挂6~扰0.指7V鄙,锗管0.肢2~0.苦3V。反向闲击穿想电压U(B米R)死区电压硅管0.5V,锗管0.2V。UIE+-反向漏电流（很小，A级）(课本P1兔64桃)（3）静沾态电言阻Rd，动到态电浆阻rD（略篮）UQIQUS+-R静态歼工作挨点Q（UQ，IQ）（3）静化态电祸阻Rd，动腊态电扯阻rD（略猫）iuIQUQQIQUQ静态解电阻纹：Rd剧=UQ/IQ（非赶线性刃）动态宵电阻牛：rD尤=UQ/IQ在工元作点Q附近胜，动堤态电夹阻近恰似为厦线性们，故摆动态扎电阻卫又称这为微变声等效零电阻主要右参数1.最大先整流液电流IOM二极桃管长重期使勇用时繁，允顺许流鞋过二房诚极管络的最讨大正都向平甚均电架流。2.反向唇击穿终电压UBR二极敞管反颗向击益穿时航的电谦压值删。击呈穿时碑反向塑电流宁剧增蛮，二正极管决的单哭向导漠电性命被破冤坏，锹甚至例过热济而烧亏坏。对手册闹上给幸出的击最高垫反向宫工作鸟电压UWR特M一般针是UBR的一棕半。3.反向瘦电流IR指二禁极管饶加反政向峰毛值工倦作电阁压时丢的反积向电葵流。佛反向涉电流弄大，桥说明适管子炮的单再向导图电性士差，以因此厌反向止电流坦越小栽越好必。反胡向电征流受弟温度睡的影毙响，对温度闲越高痕反向早电流挎越大纷。硅添管的墓反向床电流玩较小铸，锗伐管的子反向突电流酿要比奥硅管退大几键十到汇几百系倍。以上昼均是炊二极原管的超直流诊参数凶，二继极管惜的应心用是堆主要牲利用鲜它的肯单向穗导电补性，青主要宗应用瞧于整兽流、京限幅倘、保探护等印等。理想禁二极纯管：哲死区碌电压=0，正住向压彼降=0RLuiuOuiuott二极朗管半权波整蔽流整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo直流掏稳压沿电源正的组境成和残功能整流烛电路党的任坝务：把交院流电攻压转忽变为漆直流遇脉动荐的电具压。整流鹅电路常见碗的小成功率音整流芝电路拒，有铅单相阁半波君、全遗波、防桥式峰和倍酒压整辨流等社。为分晶析简蒙单起递见，爽把二饼极管系当作愿理想弄元件帐处理范，即便二极侄管的堆正向沫导通妄电阻翻为零法，反暮向电吊阻为销无穷膨大。一、蕉半波笔整流绞电路uo(3阵)输出芝电压抚平均尊值（Uo）：(1依)输出夺电压印波形先：u1u2aTbDRLuoiL(4绿)流过学负载丈和二赞极管艰的平均拦电流为二、险单相夺桥式洒整流去电路u2正半沟周时潮电流这通路u1u2TD4D2D1D3RLuo+-+-1工作行原理-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半每周时目电流物通路+-u2>0时D1,D3导通D2,D4截止电流漫通路:AD1RLD3Bu2<0时D2,D4导通D1,D3截止电流蒙通路:BD2RLD4A输出啄是脉想动的半直流叫电压累！桥式摔整流值电路掩输出波牺形及挖二极僵管上电胁压波鸭形u2D4D2D1D3RLuoABu2uD4,uD2uouD3,uD1§1掌0.献3稳压雨二极用管IZmax+-稳压二极管符号UIUZIZ稳压二极管特性曲线IZmin当稳找压二刑极管增工作熟在反拥向击格穿状驶态下,当工润作电替流IZ在Izm盆ax和Izm础in之间右时,其两传端电割压近乏似为很常数正向容同二箭极管稳定错电流稳定咽电压UIIZIZmaxUZIZ稳压舱误差曲线贴越陡介，电百压越漏稳定捆。+-UZ动态电阻：rz越小，稳压性能越好。（4）稳定鸡电流IZ、最大侮、最班小稳记定电号流Izm和ax、Izm见in。（5）最宿大允军许功既耗稳压赌二极冶管的邀参数:（1）稳定进电压UZ（2）电压温度系数U（%/℃）

稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动党态电拒阻稳压弱二极听管在浑工作裕时应闸反接撕，并蛋串入王一只端电阻液。电阻因的作牧用一暴是起肯限流刑作用榨，以围保护砍稳压贷管；如其次返是当验输入艰电压阔或负群载电积流变悲化时摄，通衡过该包电阻湿上电对压降凤的变虽化，泥取出路误差垫信号咸以调疼节稳凝压管誉的工圾作电剃流，就从而硬起到所稳压侮作用易。例：伴稳压况二极券管的是应用RLuiuORDZiiziLUZ稳压昂二极昌管技肌术数席据为况：稳袍压值UZW=1层0V，Izm泊ax=1甜2m特A，Izm沙in=2雀mA，负俯载电眉阻RL=2拔k，输蓄入电木压ui=1热2V，限建流电膀阻R=互20月0滨。若负载抚电阻变化练范围唉为1.雁5k锈~4k，是纹否还笋能稳光压？RLuiuORDZiiziLUZUZW=1垫0Vui=1剩2VR=州20北0框Izm胁ax=1贪2m俘AIzm昨in=2还mARL=2亚k躁(1旱.5k竿~4k)iL=uo/RL=UZ/RL=1辜0/像2=间5（mA）i=（ui-UZ）/R众=（12纪-1屈0）/0壶.2书=1队0（mA）iZ=道i晓-凤iL=1阳0-迷5=搂5（mA）RL=1.烧5k领,iL=1蠢0/遭1.横5=绸6.匪7（mA）,添iZ=1扛0-掉6.观7=融3.踩3（mA）RL=4k岔,iL=1腹0/县4=刮2.冠5（mA）,塘iZ=1尾0-阳2.湿5=郊7.断5（mA）负载变化,但iZ仍在12mA和2mA之间,所以稳压管仍能起稳压作用§1源0.哥4半导腥体三松极管10枪.4征.1基本拾结构BECNNP基极发射极集电极NP仗N型PNP集电极基极发射极BCEPN创P型BECNPN型三极管BECPNP型三极管三极管竖符号NPNCBEPNPCBEBECNNP基极发射极集电极基区册：较供薄，款掺杂慎浓度盟低集电减区：膨面积锣较大发射举区：滨掺杂浓协度较按高发射淹结集电废结BECNNP基极发射极集电极+++++++++++++__________________________+++++++++++++10定.4之.2电流候放大劲原理BECNNPEBRBEc发射秩结正毯偏，跟发射振区电铃子不允断向贷基区评扩散挠，形拿成发逃射极在电流IE。IE1进入P区的私电子芽少部壮分与想基区广的空它穴复柏合，农形成蓝电流IB，多豪数扩粉散到汗集电颂结。IBBECNNPEBRBEcIE从基亩区扩借散来呢的电表子漂肿移进闷入集飞电结挎而被饮收集他，形后成IC。IC2ICIB要使同三极康管能掏放大熄电流吧，必洗须使红发射芹结正慰偏，瓣集电笑结反梳偏。静态帮电流乒放大密倍数静态住电流模放大仓倍数玩，动顷态电打流放筐大倍港数=IC/

IBIC=IB动态像电流众放大艇倍数IB：IB+IBIC：IC+IC=IC/

IB一般认为：==，近似为一常数，值范围：20~100IC=

IB10饭.4径.3特性烛曲线ICmAAVVUCEUBERBIBUSCUSB

实验线路(共发射极接法)P190CBERCIB与UBE的关或系曲柱线（秃同二采极管咱）（1）输稍入特砌性(P着17国7)IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V死区你电压剑，硅乔管0.泄5V工作命压降果：润硅蒜管UBE群0.绵7V（2）输及出特像性(IC与UCE的关甲系曲符线)IC(mA旷)1234UCE(V)3691240A60AQQ’=IC/

IB=2mA/40A=50=IC/

IB

=(3-2)mA/(60-40)A=50=IC/

IB=3mA/60A=50输出信特性IC(mA邪)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A当UCE大于驼一定须的数肤值时设，IC只与IB有关妖，IC=IB,且IC=IB。此区酱域称为麦线性盈放大伯区。此区务域中UCEUBE,集电庸结正床偏，密IB>IC，UCE0彼.3榴V称为齿饱和麦区。此区障域中:喂IB=0眉,谨IC=ICE窗O,息UBE<死区撤电压,，称熔为截舅止区尽。输出竟特性竖三个固区域楼的特向点:(1乎)放大身区BE结正勺偏，BC结反熄偏，IC=IB,且IC=IB(2程)饱和湖区BE结正宋偏，BC结正逐偏陡，即UCEUBE，IB>IC，UCE0生.3汤V(3价)截止示区UBE<死区含电压痰，IB=0，IC=ICE冈O0例：=5侮0，USC=1船2V，RB=7桌0k需，RC=6石k当USB=定-2汽V，2V，5V时，寨三富极管毛工作夏压降UBE=土0.练7V晶体载管的供静态辽工作其点Q位于哪句个区琴？USB=-强2V，IB=0，IC=0，Q位于虫截止欲区USB=2头V，IB=或(USB-UBE)/繁RB=(文2-臣0.廊7)茶/7闻0=债