第14章 半导体器件

1、电工和电子技术2，发表：李庆玲机电和信息工程学院机械系事务所：机电楼402电话：E-mail :第1.4章半导体老虎钳，14.3二极管，14.4齐纳二极管，14.5双极晶体管，14.2 PN结电容及其单向式导电性，14.1半导体的导电特性， 14.6光伏老虎钳学会从工程科学角度分析问题是为了基于实际情况对解老虎钳的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，用简便的分析方法得到实际的结果。关于零配件，重点是特性、参数、技术指标、正确的使用方法，但正在追查内部反应历程。 探讨德老虎钳的目的是应用。 分析计算电路时，如果能满足技术指标，不要过分追求精确数值。 工程上允许一定的

2、误差，可以采用合理估算的方法。 14.1半导体的导电特性、半导体的导电特性：掺杂大头针性：在纯粹的半导体中混入杂质，导电能力发生明显变化(可以制作二极管、晶体管、晶体闸流管等各种用途的半导体老虎钳)。 感光性：受光后，电传导能力发生显着变化(可以使用光电阻、光电三极管、光晶体管等各种受光元件)。 感热性：环境温度一上升，导电能力就会显着增强(可以制作热敏电阻等温度感应元件)。 14.1.1本征半导体，完全纯净，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、单晶硅中的共价键结构、共价键健、共价键中的两个电子被称为价电子。 价电子、价电子在得到一定的能量(温度上升或光照)后，从原子核的束

3、缚中解放出来，变成自由电子(带负电)后，在云同步上，共价键残留有空穴，被称为带正电。 本征半导体的导电反应历程被称为本征激发。 温度越高，晶体中产生的自由电子越多。 自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子进行补充，在该原子上出现空穴，结果相当于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。 当在半导体的两端施加电压时，在半导体中出现两个电流： (1)自由电子用作取向运动电子电流，(2)价电子补偿空穴电流： (1)本征半导体中的载流子数极少，其导电性能非常差； (2)温度越高，载流子的数量越多，半导体的电导性也越好。 因此，温度对半导体去老虎钳性能的影响很大。 自由电子和空穴都被称为载流子。 自

4、由电子和空穴成对发生时，不断地与云同步复合。 在一定温度下载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中的载流子维持一定数量。 14.1.2 N型半导体和p型半导体在掺杂大头针后自由电子数大幅增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，被称为电子半导体或n型半导体。 若导入五价元素体、多馀的电子、磷原子，则在常温下成为自由电子，失去一个电子成为正络离子，向本征半导体中导入微量的杂质(某元素体)，形成非本征半导体。 在n型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 14.1.2 N型半导体和p型半导体在掺杂大头针后空穴数大幅增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，被称为空穴半导体或p型

5、半导体。 引入三价元素体后，在p型半导体中，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。 硼原子接受一个电子变成还原离子，空穴，n型和p型都是中性的，外部没有电。 14.2 PN结电容及其单向式导电性、14.2.1 PN结电容的形成、多子的扩散运动、少子的漂移运动、浓度差、p型半导体、n型半导体、空间电荷区域也被称为PN结电容。 扩散和漂移这种相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区域的厚度是一定的。 形成、空间电荷区域，内电场越强，漂移运动越强，漂移使空间电荷区域变薄。扩散的结果是扩大了空间电荷区域。 14.2.2 PN结电容的单向式导电性，1. PN结电容顺向电压(正向偏置)，p为正，n为负，内

6、电场减弱，多子的扩散增强，形成大的扩散电流。 对PN结电容施加顺向电压后，PN结电容变窄，正向电流大，正向电阻小，PN结电容变为导通状态。 PN结电容变窄，IF，2. PN结电容上反向电压(反向偏置)，p结负，n结正，PN结电容变宽，2. PN结电容上反向电压(反向偏置)，内电场增强，少子漂移增强，少子数少，因此形成小的反向电流。 IR、p为负，n为正，温度越高少子数量越多，逆电流随温度变大。 如果对PN结电容施加逆电压，则PN结电容变宽，逆电流变小，逆电阻变大，PN结电容变为截止状态。14.3二极管，14.3.1基本结构，(a )点接触型，结面积小，结电容小，正向电流小，适合于射频波和小功率

7、的工作，也作为数字电路的开关元件使用。结面积大，结电容大，正向电流大，适用于次低频整流电路。 用于(b )面接触型、14.3二极管、(c )平面型、14.3.1基本结构、IC集成电路制造工艺。 可缩小PN结电容面积，可用于射频波整流和开关电路。 (d )符号、14.3.2伏安图特性、硅管0.5V锗管0.1V、逆耐压U(BR )、导通电压降、施加电压比死区电压大，二极管导通。 外加电压大于反向耐压，二极管被破坏，单向式失去导电性。 顺向特性、逆向特性、特征：非线性、硅管0.60.8V锗管0.20.3V、静电电压、逆向电流在一定的电压范围内保持常数。14.3.3主要参数、1 .最大整流电流IOM、

8、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 .反向操作尖峰电压URWM是确保二极管不会遭到破坏的反向尖峰电压，其通常为二极管反向破坏电压UBR的一半或三分之二。 二极管被破坏会破坏单向式的导电性，过热烧坏。 3 .对逆尖峰电流IRM、二极管施加逆动作尖峰电压时的逆电流值。 反向电流越大，表示管道单向式的导电性越差，IRM受到温度的影响，温度越高，反向电流越大。 硅管的逆电流小，锗管的逆电流大，是硅管的几十到几百倍。 二极管的单向式导电性，1 .在二极管上施加顺向电压(正向偏压、阳极正、阴极负)时，二极管处于正向导通状态，二极管的正向电阻小，正向电流大。 2 .对二极管施加反向电压(反向偏压、阳