半导体二极管和三极管课件1

半導體二極體和三極管半導體器件是電子電路的基本組成部分本章將介紹：

（1）半導體的導電特性及PN結的基本原理（2）半導體二極體及三極管物質按其導電性能可分為：導體，絕緣體，半導體

§1-1半導體的基本知識半導體：導電能力介於導體和絕緣體之間的物質。主要有矽、鍺、硒和大多數金屬氧化物及硫化物半導體的導電能力隨外界條件的改變而發生很大的變化各種半導體的典型特性：①溫度↑

，導電能力↑↑——熱敏元件②光照，導電能力↑↑——光敏元件③滲入微量雜質，導電能力↑↑——二極體、三極管一、本征半導體本征半導體：純淨的、具有晶體結構的半導體

純淨的半導體一般都具有晶體結構常用的半導體材料是矽和鍺，它們原子的最外層都有四個價電子，稱為四價元素+14在矽或鍺構成的晶體結構中，每個原子與相鄰的四個原子結合，形成共價鍵結構半導體導電性能容易突變的原因——共價鍵中的價電子不是很穩定（容易被激發）SiSiSiSi在一定條件下（如光照或溫度升高）

共價鍵中的電子可以掙脫原子核的束縛而成為自由電子與此同時，晶體共價鍵一旦失去一個電子，該地方便會產生一個空位，稱為空穴SiSiSiSi自由電子空穴原子因為失去一個電子而成為帶正電的離子，因此可認為空穴帶正電。SiSiSiSi自由電子空穴在本征半導體中，自由電子和空穴總是成對出現的。溫度越高，自由電子和空穴的對數也越多+在半導體中，電子電流和空穴電流並存，這也是半導體和金屬在導電機理上的本質區別‡對半導體施加外電場*自由電子作定向運動，形成電流（電子導電）

*空穴（帶正電）吸引電子，鄰近共價鍵中的價電子在外電場作用下可填補該空穴。電子填補空穴的運動可看成是空穴沿外電場相同的方向作定向運動，這就是空穴導電自由電子和空穴統稱為載流子自由電子填補空穴的過程稱為複合§1.1.2雜質半導體

——在本征半導體中摻入微量雜質元素N型半導體P型半導體1、N型半導體摻入微量五價元素，某些Si使原子被P原子代替後，會產生一個多餘的價電子（容易成為自由電子）P+SiSiSi自由

電子濃度大大增加，電子導電是主要導電方式自由電子：多數載流子空穴：少數載流子PP+2、P型半導體摻入微量三價元素，硼原子與矽原子形成共價鍵時因缺少一個電子而產生一個空位，臨近原子的價電子容易被吸引過來補充該空穴。BSiSiSi空穴濃度大大增加，空穴導電是主要導電方式自由電子：少數載流子空穴：多數載流子BB—一、PN結的形成

§1.2PN結及其單向導電性將N型半導體和P型半導體拼在一起，其交界面處將形成一個PN結PN內電場+++PNP區空穴濃度大，空穴由P區向N區擴散，在交界面附近的P區留下一些負離子N區電子濃度大，電子由N區向P區擴散，在交界面附近的N區留下一些正離子正負離子形成空間電荷區——PN結PN內電場+++內電場阻止P區及N區的多數載流子繼續擴散有利於P區及N區的少數載流子的運動——漂移一開始是多數載流子的擴散占主導，最後擴散與漂移形成動態平衡PN內電場+++二、PN結的單向導電性1、外加正向電壓——P區接電源正極、N區接電源負極

內外電場方向相反，內電場被削弱，空間電荷區變窄，多數載流子的擴散加強，形成較大的電流。PN內電場方向外電場方向PN結處於導通狀態，導通時PN結呈低阻2、外加反向電壓——N區接電源正極、P區接電源負極PN內電場方向外電場方向內外電場方向相同，內電場被加強，空間電荷區變寬，多數載流子的擴散被阻止，只有由少數載流子漂移形成的很小的電流。PN結處於截止狀態，此時PN結呈高阻結論：PN結正嚮導通，反向截止；導通時呈低阻，截止時呈高阻。

——PN結的單向導電性2、如何用三用表判斷二極體的P端，N端問題：1、不加電阻R是否可以？PN內電場方向外電場方向一、基本結構

§15-3半導體二極體NPD表示符號（2）

U

>死區電壓，U↑→I↑↑二、伏安特性（1）當U<死區電壓時，外電場不足以削弱內電場，I=01、

當U

>0時I（mA）正向死區電壓

Si0.7VGe0.3V反向反向飽和電流U（BR）U（V）（1）當|U|<U(BR)（反向擊穿電壓）時，二極體只存在少數載流子漂移，從而形成較小的反向飽和電流

2、

U

<

0I（mA）正向死區電壓

Si0.7VGe0.3V反向反向飽和電流U（BR）U（V）（2）若|U|>U(BR)，少數載流子的高速運動將其他被束縛的價電子撞擊出來，如此形成連鎖反應，使得二極體中載流子劇增，形成很大的反向電流——反向擊穿

I（mA）正向死區電壓

Si0.7VGe0.3V反向反向飽和電流U（BR）U（V）三、主要參數1、最大整流電流IOM二極體長時間使用時，允許通過二極體的最大正向平均電流。當電流超過允許值時，PN結將過熱而使管子損壞2、反向工作峰值電壓URWM一般為反向擊穿電壓的一半或三分之二3、反向峰值電流IRM二極體上加URWM

時的反向電流值。如果該值大，則說明二極體的單向導電性能差。四、含二極體電路的計算1、一般可將二極體視為理想元件（死區電壓認為是零）

（1）正嚮導通時，二極體元件上的正嚮導通壓降可認為是零，正向電阻為零（將其視為短路）（2）反向截止時，二極體反向電阻無窮大，反向電流為零（開路）2、電路分析方法：（1）對於含一個二極體的電路，先將二極體從電路中分離出來，求出其陽、陰兩極的開路電壓，如果該電壓大於零，則二極體導通，否則截止。（2）如果電路中含多個二極體，則應斷開所有二極體，求出各管所承受的電壓，其中承受正向電壓最大者優先導通，遂將其短路，接著再分析其他二極體解：將D開路，求其兩端開路電壓U，

若U>0，則D導通；反之D截止。故D導通，U0=0V

例1：已知D為理想二極體，求U0=？

+4V+4V例2：若E=-4V，求U0=？

故D截止，U0=

-2V+4V例3：若將E改為ui，求U0解：+例：已知，畫的波形。

解：思考：畫電阻兩端電壓