《简明电工学》课件第17课-半导体器件

模块9半导体器件9.1半导体基础知识典型的半导体材料：硅和锗掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电能力明显改变光敏性：当受到光照时,导电能力提升热敏性：环境温度升高时，导电能力显著增强半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。9.1.1

本征半导体

完全纯净的、晶格完整的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价键结构共价健价电子价电子本征半导体的导电机理本征激发自由电子空穴价电子在获得一定能量自由电子（带负电，电子）共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）外电场作用

空穴吸引相邻原子的价电子相邻原子中出现一个空穴空穴在运动（相当于正电荷的移动）自由电子和空穴都称为载流子外加电压后，在半导体：

本征半导体中的载流子数目极少，导电性能很差，如何提高导电性？自由电子和空穴成对产生，又不断复合。在一定温度下，达到动态平衡。

温度如何影响导电性能？

（2）价电子递补空穴空穴电流（1）自由电子作定向运动电子电流9.1.2

杂质半导体自由电子数目大量增加，自由电子导电成为主要导电方式掺入五价元素多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子

在本征半导体中掺入某些杂质(某种元素),形成杂质半导体。

在N

型半导体中自由电子是多数载流子（多子），空穴是少数载流子（少子）。P+电子半导体或N型半导体9.1.2

杂质半导体空穴半导体或P型半导体掺入三价元素

P型半导体中空穴是多数载流子,自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。思考如下：1、请例举一个生活中的半导体相关应用。2、观察你的手机充电器，你觉得手机充电器是个什么装置，主要环节包括什么？和半导体有关系吗？9.2PN结及其单向导电性9.2.1

PN结多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体空间电荷区也称PN结。

扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区

内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。

扩散的结果使空间电荷区变宽。9.2.2PN结的单向导电性1.PN结加正向电压(正向偏置)P接正、N接负

内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。

PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。PN结变窄外电场I内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–U2.PN结加反向电压(反向偏置)外电场P接负、N接正内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－+–UPN结变宽2.PN结加反向电压(反向偏置)外电场

内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少,形成很小的反向电流。IP接负、N接正温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增大。

PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－+–U9.3二极管1、点接触型

结面积小、结电容小、正向电流小，适用于高频和小功率工作，也用作数字电路中的开关元件。

结面积大、结电容大、正向电流大，适用于低频整流电路。2、面接触型PN+管壳+电极引线=二极管9.3二极管3、平面型用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。阳极阴极VD（D）符号9.3.1伏安特性硅管0.5V锗管0.1V反向击穿电压U(BR)通态电压

外加电压大于死区电压，二极管导通。

外加电压大于反向击穿电压，二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性硅管0.6~0.8V锗管0.2~0.3V死区电压PN+–PN–+

反向电流在一定电压范围内保持常数。9.3.2主要参数1.

最大整流电流IOM允许流过二极管的最大正向平均电流。3.

反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。4.反向峰值电流IRM指二极管加反向工作峰值电压时的反向电流值。2.

反向击穿电压UBR

二极管能承受的最高反向电压，超过后将导致二极管被击穿。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。分析方法：将二极管断开。若V阳

>V阴，则二极管导通；若V阳

<V阴，则二极管截止。

二极管的应用广泛。根据二极管的单向导电性，它可用于整流、检波、限幅、元件保护及在数字电路中作为开关元件等。使用注意9.3.3二极管的应用

实际二极管应考虑其通态电压（硅管0.6～0.7V，锗管0.2～0.3V）。在本节分析中，均认为二极管为理想二极管，理想二极管正向压降为零，反向截止。普通二极管电路如何计算？讨论一下1.整流电路中的应用uI>8V，二极管导通，可看作短路，uO=8V

uI<8V，二极管截止，可看作开路，uO=ui

8V

二极管阴极电位为8V。参考点2.限幅电路中的应用该电路为正限幅电路tuOO3.检波电路中的应用tuRO二极管起检波作用，除去正尖脉冲。VA>VB，DA优先导通，

使VY=3V。VB<VY

，DB截止，将VB与VY隔离。4.箝位和隔离电路中的应用输入端VA=+3V,VB=0V，试求输出端Y的电位VY。设DA、DB为理想二极管。VYAB-12V0V+3VDARDBDA

起箝位作用。DB

起隔离作用。[练9.2]电路如图所示，二极管均为理想二极管，计算电流I1、I2、I3、I。看起来好难5.二极管的保护作用9.4其他二极管1.符号和外形图UZIZIZM

UZ

IZ2.伏安特性使用时要加限流电阻O+

–稳定电压UZ最大电流工作电流

稳压二极管正常工作时加反向电压。

稳压二极管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。9.4.1稳压二极管VDZ（DZ）稳压二极管3.主要参数（1）稳定电压UZ

稳压二极管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。（2）电压温度系数

u

环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。（4）动态电阻（3）稳定电流IZ、最大稳定电流IZmax（5）最大允许耗散功率PZM=UZIZmaxrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。

【专题探讨】电路如图所示，R1=500Ω，R2=1000Ω，稳压二极管DZ的稳定电压UZ=10V，最大稳定电流IZmax=12mA。讨论E分别为18V、8V、-10V时，稳压二极管工作在什么状态？通过的电流IZ是多少？9.4.2