半導體的測量程龍飛

1、一、半導體的基礎知識 物體根據(jù)導電能力的強弱可分為導體、半導體、半導體和絕緣體導體和絕緣體三大類。凡容易導電的物質（如金、銀、銅、鋁、鐵等金屬物質）稱為導體；不容易導電的物質（如玻璃、橡膠、塑料、陶瓷等）稱為絕緣體；導電能力介于導體和絕緣體之間的物質（如硅、鍺、硒等）稱為半導體。半導體之所以得到廣泛的應用，是因為它具有熱敏性、光敏性、摻雜性等特殊性能。 q半導體器件在人們生活中的重要作用半導體器件在人們生活中的重要作用信息領域：計算機及網(wǎng)絡設備（信息領域：計算機及網(wǎng)絡設備（CPU、Memory、Chips）通信（移動電話）通信（移動電話）能源領域：電源、機車、電機、馬能源領域：電源、機車、電機

2、、馬達、電力輸送、節(jié)能、環(huán)保、自動化達、電力輸送、節(jié)能、環(huán)保、自動化軍事領域：尖端智能武器、光探測軍事領域：尖端智能武器、光探測器、測距器、測距消費類：隨身聽、音頻數(shù)字信號處消費類：隨身聽、音頻數(shù)字信號處理、光筆、電子表、汽車電子（電動車門理、光筆、電子表、汽車電子（電動車門、電噴、照明）、空調、彩電、電噴、照明）、空調、彩電半導體材料半導體材料元素半導體：硅（Si） 鍺（Ge）化合物半導體：雙元素，三元素等磷化鋁(AlP)砷化鋁(AlAs)磷化鎵(GaP)砷化鎵(GaAa)磷化銦(InP)二、二極管二、二極管晶體二極管內部有一個PN結， 還有相應的正負電極引線用玻璃、塑料或金屬管殼封裝制成。

3、+-P ND特性：作為一種非線性元件，具有單方向導電能力，因此常用于整流和檢波。特性：單向導電性特性：單向導電性P型：半導體中多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子，型：半導體中多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子，稱為稱為P型半導體。型半導體。N型：半導體中，多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴，型：半導體中，多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴，稱為稱為N型半導體。型半導體。PN結：結：N型和型和P型半導體之間的特殊薄層叫做型半導體之間的特殊薄層叫做PN結。結。自由電子空穴AUI 兩種載流子在電場中的運動 當當PN結兩端加上反向電壓時結兩端加上反向電壓時, ,因電子流向負極，空穴流向正極。因電子流向

4、負極，空穴流向正極。使半導體的特殊薄層增厚，電流無法通過（如圖使半導體的特殊薄層增厚，電流無法通過（如圖641b所示）。所示）。當當PN結兩端加上正向電壓時結兩端加上正向電壓時, ,因電子流向正極，而空穴流向負極。因電子流向正極，而空穴流向負極。使半導體的特殊薄層減薄，使電流流過（如圖使半導體的特殊薄層減薄，使電流流過（如圖641c所示）。所示）。結論：二極管正偏導通，反偏截止。結論：二極管正偏導通，反偏截止。這一導電特性稱為二極管的單向導電性。這一導電特性稱為二極管的單向導電性。 空穴(少數(shù))電子(少數(shù))變厚PN內電場外電場AIRRU PN結加反向電壓 空穴(多數(shù))電子(多數(shù))變薄PN內電場

5、外電場mAIRU PN結加正向電壓二極管定義：二極管屬于半導體，它由N型半導體與P型半導體構成，它們相交的界面上形成PN結。二極管的分類：整流二極管，發(fā)光二極管，檢波二極管，開關二極管，穩(wěn)壓二極管，變容二極管，特性：單向導電性！正極接高電位，負極接低電位時導通，反之截止！所以二極管的方向性是非常重要的。二極管的分類 按用途分：普通二極管(2AP1-2AP9 2CP1-2CP20)用于檢波 鑒頻 限幅； 整流二極管(2CZ11-2CZ27)用于不同功率的整流；開關二極管(2AK1-2AK4)用于計算機 脈沖控制 開關電路；穩(wěn)壓二極管(2CW1-2CW10)用于穩(wěn)壓電路； 還有發(fā)光二極管。普通二極

6、管普通二極管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管光電二極管光電二極管102最大反向工作電壓最大反向工作電壓URM指為避免擊穿所能加的最大反向電壓。目前最高的指為避免擊穿所能加的最大反向電壓。目前最高的URM值可值可達幾千伏。達幾千伏。3.、最大整流電流、最大整流電流 IF 是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值，其是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值，其值與值與PN結結面積及外部散熱條件等有關面積及外部散熱條件等有關普通半導體二極管的主要參數(shù)普通半導體二極管的主要參數(shù)1反向飽和漏電流反向飽和漏電流IS指指在二極管兩端加入反向電壓時，流過二極管的電流，該電在二極管兩端加

7、入反向電壓時，流過二極管的電流，該電流與半導體材料和溫度有關。在常溫下，硅管的流與半導體材料和溫度有關。在常溫下，硅管的IS為納安（為納安（10-9A）級，鍺管的）級，鍺管的IS為微安（為微安（10-6A）級。）級。幾種常用二極管的特點幾種常用二極管的特點整流二極管定義：一種將交流電能轉變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽w器件。整流二極管整流二極管13整流二極管結構主要是平面接觸型，其特點是允許通過的電流比較大，整流二極管結構主要是平面接觸型，其特點是允許通過的電流比較大，反向擊穿電壓比較高，但反向擊穿電壓比較高，但PN結電容比較大，一般廣泛應用于處理頻率結電容比較大，一般廣泛應用于處理頻率不高的電路中。例如

8、整流電路、嵌位電路、保護電路等。整流二極管在不高的電路中。例如整流電路、嵌位電路、保護電路等。整流二極管在使用中主要考慮的問題是最大整流電流和最高反向工作電壓應大于實際使用中主要考慮的問題是最大整流電流和最高反向工作電壓應大于實際工作中的值。工作中的值。定義：半導體二極管導通時相當于開關閉合（電路接通），截止時相當于開關打開（電路切斷），所以二極管可作開關用。開關二極管是專門用來做開關用的二極管，它由導通變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)閷ㄋ璧臅r間比一般二極管短開關二極管具有開關速度快、體積小、壽命長、可靠性高等特點，廣泛應用于電子設備的開關電路、檢波電路、高頻和脈沖整流電路及自動控制電路中。 開關二極

9、管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用！.穩(wěn)壓二極管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓 （2）電壓溫度系數(shù)（3）動態(tài)電阻（4）穩(wěn)定電流 ，最大、最小穩(wěn)定電流（5）最大允許功耗發(fā)光二極管定義：發(fā)光二極管簡稱為LED。它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數(shù)微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長

10、越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。國產(chǎn)二極管的型號命名由五部分組成，國產(chǎn)二極管的型號命名由五部分組成，第一部分用數(shù)字第一部分用數(shù)字“2”表示二極管，表示二極管，第二部分用字母表示材料和極性，第二部分用字母表示材料和極性，第三部用字母表示類型，第三部用字母表示類型，第四部分用數(shù)字表示序號，第四部分用數(shù)字表示序號，第五部分用字母表示規(guī)格。第五部分用字母表示規(guī)格。序號（用數(shù)字表示）類型（字母表示）材料和極性（用字母表示）二極管2*規(guī)格（字母）二極管的命名二極管的命名二極管的識別二極管的識別例如： 2AP9“2”表示二極管 2CW“2”表示二極管 “A”表示N型，鍺材料 “C”表示N型，硅材料

11、 “P”表示普通管 “W”表示穩(wěn)壓管 “9”表示序號 “10”表示序號第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用數(shù)字表示器件電極的數(shù)目用漢語拼音字母表示器件的材料和極性用漢語拼音字母表示器件的類型 用數(shù)字用數(shù)字表示序號漢語拼音字母標示規(guī)格號符號意義符號意義符號意義2二極管AN型鍺材料P普通管BP型鍺材料W穩(wěn)壓管CN型硅材料Z整流管DP型硅材料K開關管 要認識二極管首先要了解二極管的命名方法，各國對晶體二極管的命名規(guī)定不同，我國晶體管的型號一般由五個部分組成，如圖：三、三極管晶體三極管晶體三極管是由兩個做在一起的PN結， 和相應導線封裝組成。發(fā)射區(qū)發(fā)射結基區(qū)集電結集電區(qū)PNP型NPN型三極管的外

12、形和管腳分布三極管的分類v依工作頻率分為：低頻三極管和高頻三極管v依工作功率分為：小功率、中功率和大功率三極管v依封裝形式分為：金屬封裝、玻璃封裝、塑料封裝v依導電特性分為：PNP型 NPN型三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù) 1、共發(fā)射極直流放大倍數(shù)、共發(fā)射極直流放大倍數(shù)HFE 共發(fā)射極直流放大倍數(shù)HFE是指在沒有交流信號輸入時，共發(fā)射極電路輸出的集電極直流電流與基極輸入的直電流之比。這是衡量晶體三極管有無放大作用的主要參數(shù)，正常三極管的HFE應為幾十至幾百倍。常用的三極管的外殼上標有不同顏色點，以表明不同的放大倍數(shù)。 放大倍數(shù)：-15-25-40-55-80-120-180-270-400-

13、 色標點：棕 紅 橙 黃 綠 藍 紫 灰 白 黑例如：色點為黃色的三極管的放大倍數(shù)是4055倍之間，色點是灰色的三極管的放大倍數(shù)為180270倍之間等等。 2、共發(fā)射極交流放大倍數(shù)、共發(fā)射極交流放大倍數(shù) 共發(fā)射極電路中，集電極電流和基極輸入電流的變化量之比稱為共發(fā)射極交流放大倍數(shù)。當三極管工作在放大區(qū)小信號運用時，HFE=，三極管的放大倍數(shù)一般在10200倍之間。太小，表明三極管的放大能力越差，但越大的管子的往往工作穩(wěn)定性太差。 晶體三極管的放大倍數(shù)在集電極電流過大時也會下降。下降到額定值的2/3倍或1/2時的集電極電流為集電極最大允許電流。三極管工作時的集電極電流最好不要超過集電極最大允許電

14、流。 晶體三極管工作時，集電極電流通過集電結要耗散功率，耗散功率越大，集電結的溫升就越高，根據(jù)晶體管允許的最高溫度，定出集電極最大允許耗散功率。小功率管的集電極最大允許耗散功率在幾十至幾百毫瓦之間，大功率管卻在1瓦以上。國產(chǎn)晶體三極管的型號命名由五部分組成，國產(chǎn)晶體三極管的型號命名由五部分組成，第一部分用數(shù)字第一部分用數(shù)字“3”表示三極管，表示三極管，第二部分用字母表示材料和極性，第二部分用字母表示材料和極性，第三部分用字母表示類型，第三部分用字母表示類型，第四部分用數(shù)字表示序號，第四部分用數(shù)字表示序號，第五部分用字母表示規(guī)格。第五部分用字母表示規(guī)格。 序號（用數(shù)字表示）類型（字母表示）材料和

15、極性（用字母表示）三極管3*規(guī)格（字母）三極管的命名方法三極管的命名方法要認識三極管首先要了解晶體三極管的命名方法，各國對晶體管的命名方法的規(guī)定不同，我國晶體管的型號一般由五個部分組成，見表1。國外部分公司及產(chǎn)品代號見表2。三極管的識別三極管的識別第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用數(shù)字表示器件電極的數(shù)目用漢語拼音字母表示器件的材料和極性用漢語拼音字母表示器件的類型 用數(shù)字表示序號漢語拼音字母標示規(guī)格號符號意義符號意義符號意義3三極管APNN型鍺材料X低頻小功率BNPN型鍺材料G高頻小功率CPNP型硅材料D低頻大功率DNPN型硅材料A高頻大功率E化合物材料四、二極管的測量指針式萬用表測量

16、測量的方法是先把萬用表撥到“歐姆”檔(通常用Rx100或Rx1K)進行。1. 判斷二極管好壞：測量正反向電阻，如果反向電阻遠大于正向電阻則沒有問題，而二者相等、無窮大或為0則說明二極管損壞。2.判斷二極管的正負二極管導通，阻值較小(幾十歐到幾千歐的范圍),這就告訴我們黑表筆黑表筆接觸的是二極管的正極,紅表筆紅表筆接觸的是二極管的負極。二極管截止,阻值很大(一般為幾百千歐),這就告訴我們黑表黑表筆筆接觸的是二極管的負極,紅表紅表筆筆接觸的是二極管的正極。3.檢測發(fā)光二極管一般發(fā)光二極管的正向壓降為1.5v-2.3v,用兩個萬用表串聯(lián)可進行檢查。用兩塊萬用表，撥到相同電阻檔(Rx1檔)，串聯(lián)起來，

17、當作電壓源。接入二極管，正常的發(fā)光二極管便會發(fā)光2 2、測量方法、測量方法 表筆的連接表筆的連接1100.00 表筆的連接表筆的連接1100.00 表筆的連接表筆的連接1100.00 二極管測量結束頁二極管測量結束頁1100.00n n 選擇萬用表選擇萬用表“R1K”擋。擋。n n 用黑表筆接一管腳（假定其為用黑表筆接一管腳（假定其為B極），紅表筆分別接另外兩管腳，測得兩個電極），紅表筆分別接另外兩管腳，測得兩個電阻值。阻值。五、三極管的測量五、三極管的測量判斷基極判斷基極B和管子類型和管子類型步驟：步驟：如如一個一個阻值均為阻值均為無窮大無窮大，另，另一個一個為為小數(shù)值小數(shù)值，則黑表棒假定的則黑表棒假定的B B極錯誤，需重新假定直致找極錯誤，需重新假定直致找到為止（如圖到為止（如圖6 64949所示）。所示）。判別：判別：如如二個二個阻值均為阻值均為無窮大無窮大，則管子為，則管子為PNP管，管，則黑表棒接觸的為則黑表棒接觸的為B極，極， 假定正確。假定正確。如如二個二個阻值均為阻值均為小數(shù)值小數(shù)值，則管子為，則管子為NPN管，管，則黑表棒接觸的為則黑表棒接觸的為B極，極， 假定正確。假定正確。l l 具有具有“或或h hFEFE”擋的萬用表測量（如擋的萬用表測量（如MF47）下圖測電流的放大系數(shù)下圖測