第7章 半導體器件

1、（第四版）（第四版）2半導體器件第7章主要主要內(nèi)容內(nèi)容3【案例】 電源指示燈電路第7章1.電路及工作過程電路及工作過程LEDLED2003VS SR是限流保護電阻，當電源正常時，有電流流過發(fā)光是限流保護電阻，當電源正常時，有電流流過發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)光，指示電源接通或電源電路二極管，發(fā)光二極管發(fā)光，指示電源接通或電源電路正常。正常。 42.電路元器件電路元器件電阻電阻200200一個一個發(fā)光二極管一個發(fā)光二極管一個開關(guān)一個開關(guān)一個直流電源直流電源3V3V、萬能版一塊、連接導線若干、萬能版一塊、連接導線若干【案例】 電源指示燈電路第7章53.案例實施案例實施認真檢查元器件，確保元件完好。認

2、真檢查元器件，確保元件完好。對照電路，檢查無誤后，接上對照電路，檢查無誤后，接上3V3V電源。若發(fā)光二極管不發(fā)光，應(yīng)查找故障，直至正常為止。電源。若發(fā)光二極管不發(fā)光，應(yīng)查找故障，直至正常為止。自己設(shè)計電路安裝圖，在萬能版上安裝元器件，并焊接。自己設(shè)計電路安裝圖，在萬能版上安裝元器件，并焊接。注意發(fā)光二極管的極性是否正確。注意發(fā)光二極管的極性是否正確?！景咐?電源指示燈電路第7章64.案例思考案例思考？若是交流若是交流220V交流電源的指示燈電路，應(yīng)注意什么？交流電源的指示燈電路，應(yīng)注意什么？ 【案例】 電源指示燈電路第7章77.1.1 7.1.1 本征半導體本征半導體 導電能力介于導體和絕緣

3、體之間的物質(zhì)稱為導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導體半導體。 純凈的半導體稱為純凈的半導體稱為本征半導體本征半導體。常用的本征半導體是硅和鍺二晶體。常用的本征半導體是硅和鍺二晶體。7.1 半導體二極管第7章44444444444444空穴空穴自由電子自由電子共價健共價健8 半導體中電子的數(shù)目增加，這種半導體導電主要半導體中電子的數(shù)目增加，這種半導體導電主要靠電子，所以稱為靠電子，所以稱為，又，又稱稱 。其中自由電子是多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)。其中自由電子是多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。載流子。 1.N型半導體型半導體44444444454444自由電子自由電子7.1 半導體二極管第7章7

4、.1.2 7.1.2 9半導體中空穴的數(shù)目增加，這種半導體導電主半導體中空穴的數(shù)目增加，這種半導體導電主要靠空穴，因此稱為要靠空穴，因此稱為，又稱，又稱。其中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)。其中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。載流子。44444444434444空穴空穴7.1 半導體二極管第7章 1.P型半導體型半導體10通過一定的工通過一定的工藝，使一塊藝，使一塊P P型半導體和一型半導體和一塊塊N N型半導體型半導體結(jié)合在一起時結(jié)合在一起時，在他們的交，在他們的交界處會形成一界處會形成一個特殊區(qū)域，個特殊區(qū)域，稱為稱為PNPN結(jié)。結(jié)。1.PN結(jié)的形成結(jié)的形成7.1 半導體二極管第7章P

5、P型半導體型半導體N N型半導體型半導體內(nèi)電場內(nèi)電場 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)對多數(shù)載流子的擴散運對多數(shù)載流子的擴散運動起阻礙作用動起阻礙作用有助于少數(shù)載流子的有助于少數(shù)載流子的漂移運動漂移運動擴散運動與漂移運動達到擴散運動與漂移運動達到11PNPN結(jié)加上正向電壓結(jié)加上正向電壓空間電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄內(nèi)電場內(nèi)電場正向電流大正向電流大外電場外電場2.PN結(jié)單向?qū)щ娦越Y(jié)單向?qū)щ娦訮 PN N+ + + +- - - -7.1 半導體二極管第7章12反向電流小反向電流小PNPN結(jié)加上反向電壓結(jié)加上反向電壓空間電荷區(qū)變寬空間電荷區(qū)變寬內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場P PN N+ + + +- - - -+

6、+ + + + + +- - - - - - -7.1 半導體二極管第7章PN PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN PN 結(jié)加結(jié)加時時 電路中有電路中有流過流過 PN PN 結(jié)結(jié)PN PN 結(jié)加結(jié)加時時 電路中電路中 PN PN 結(jié)結(jié)。PN PN 結(jié)單向?qū)щ娦越Y(jié)單向?qū)щ娦?3按材料不同分按材料不同分面接觸型面接觸型鍺二極管鍺二極管 按結(jié)構(gòu)不同分按結(jié)構(gòu)不同分硅二極管硅二極管 點接觸型點接觸型1.1.結(jié)構(gòu)與類型結(jié)構(gòu)與類型陽極陽極陰極陰極 VD 陰極陰極PN陽極陽極外殼外殼PN結(jié)結(jié)結(jié)構(gòu)外形及符號結(jié)構(gòu)外形及符號7.1 半導體二極管第7章14導通壓降導通壓降: 硅管硅管0.6-0.7V,鍺管

7、鍺管0.2-0.3V。反向擊穿電壓反向擊穿電壓U(BR)死區(qū)電壓死區(qū)電壓: :硅管硅管0.5V,鍺鍺管管0.1V。反向飽和電流反向飽和電流U/V 鍺鍺 管管正向特性正向特性10 硅管硅管I/mAO 20 4030201020死區(qū)電壓死區(qū)電壓A0.51.01.5反向特性反向特性2.2.二極管的伏安特性二極管的伏安特性7.1 半導體二極管第7章15（1）最大整流電流）最大整流電流IFM（2）最大反向工作電壓）最大反向工作電壓URM（3）最大反向電流）最大反向電流IRM（4）最高工作頻率）最高工作頻率fM3.二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)7.1 半導體二極管第7章161.硅穩(wěn)壓二極管硅穩(wěn)壓二極管陽

8、極陽極陰極陰極 VDZIZIZIZmA AB BUZUZ2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管3.光電二極管光電二極管U/V0.40.821046812I/mA 5 15 20 10O3020107.1 半導體二極管第7章7.1.5177.2.1 7.2.1 三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)PNPNPNB C E 集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 基區(qū)基區(qū)發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基極基極B C E C 集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 基區(qū)基區(qū)發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基極基極B C E CB B C E7.2 半導體三極管第7章18B BE EC CN NN NP P基極基極發(fā)射極發(fā)

9、射極集電極集電極集電區(qū)尺寸比集電區(qū)尺寸比發(fā)射區(qū)大發(fā)射區(qū)大基區(qū)很薄，雜基區(qū)很薄，雜質(zhì)濃度最低質(zhì)濃度最低發(fā)射區(qū)雜發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度高質(zhì)濃度高常見外形常見外形7.2 半導體三極管第7章7.2.1 7.2.1 三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號19 以以NPN型三極管為例，要使三極管具有電流放大作用，型三極管為例，要使三極管具有電流放大作用， 。（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子（2）電子在基區(qū)擴散與復(fù)合）電子在基區(qū)擴散與復(fù)合（3）電子被集電極收集）電子被集電極收集三極管內(nèi)部載流子運動的過程三極管內(nèi)部載流子運動的過程7.2.2 7.2.2 三極管的放大原理三極管的放大原理7.2 半

10、導體三極管第7章20I IB B I IC CI IE E發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流形成發(fā)射極電流I IE E。擴散到基區(qū)的電子只有少部分與基擴散到基區(qū)的電子只有少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流I IB B，其余擴，其余擴散到集電結(jié)邊緣。散到集電結(jié)邊緣。集電結(jié)反偏，從基區(qū)集電結(jié)反偏，從基區(qū)擴散來的電子漂移過擴散來的電子漂移過集電結(jié)被集電結(jié)收集，集電結(jié)被集電結(jié)收集，形成形成I IC C。RB RCUCC7.2 半導體三極管第7章21BI)(BEUf常數(shù)CEURCRBIC UCE A mA V V UEBIBUB

11、E UCC 1.輸入特性輸入特性7.2 半導體三極管第7章UBE/VIB/mA1.0O0.020.040.060.080.100.20.60.40.820UCE=0V UCE1V22UCE/V105截止區(qū)截止區(qū)IC/mA OIB=0放放大大區(qū)區(qū) 5 1020（A）408060100120飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反截止區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏，偏，IB=0 。放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置，IC= IB。飽和區(qū)：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)正飽和區(qū)：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)正偏，飽和壓降硅管偏，飽和壓降硅管UCES 0.3V。7.2 半導體三極管第7章2.2.

12、輸出特性輸出特性CI)(CEUf常數(shù)BI23（1 1）直流電流放大系數(shù)（）直流電流放大系數(shù)（2 2）交流電流放大系數(shù)）交流電流放大系數(shù)（1 1）集電極和基極之間的反向飽和電流）集電極和基極之間的反向飽和電流I ICBOCBO（2 2）集電極和發(fā)射極之間的穿透電流）集電極和發(fā)射極之間的穿透電流I ICEOCEO（1 1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流I ICMCM （2 2）集電極最大允許耗散功率）集電極最大允許耗散功率P PCMCM （3 3）極間反向擊穿電壓）極間反向擊穿電壓 7.2 半導體三極管第7章247.3.1 N7.3.1 N溝道絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)溝道絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)

13、構(gòu)漏極漏極柵極柵極 增強型增強型 源極源極SGDP型硅襯底型硅襯底NN耗盡型耗盡型 SGDP型硅襯底型硅襯底NN增強型和耗盡型的區(qū)別在于是否有原始導電溝道。增強型和耗盡型的區(qū)別在于是否有原始導電溝道。 7.3 場效應(yīng)管第7章D GSDGS25UGSSGDP型硅襯底型硅襯底NNN溝道溝道UDSID7.3 場效應(yīng)管第7章7.3.2 N7.3.2 N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管工作原理溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管工作原理261.漏極特性漏極特性增強型場效應(yīng)管的漏極特性是指增強型場效應(yīng)管的漏極特性是指UGS為常數(shù)時，為常數(shù)時，ID隨隨UDS的變化關(guān)系。的變化關(guān)系。 截止區(qū)截止區(qū) 可可變變電電阻阻區(qū)區(qū) 放大區(qū)放

14、大區(qū) UDS/VID/mA4V3VOUGS=1V2V2.轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性增強型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性是指增強型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性是指U UDSDS 為常數(shù)時，為常數(shù)時，I ID D隨隨U UGSGS的變化關(guān)系。的變化關(guān)系。 ID/mAUGS/VOUDS=常數(shù)常數(shù)UT 無溝道無溝道 有溝道有溝道7.3.3 N7.3.3 N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管特性曲線溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管特性曲線7.3 場效應(yīng)管第7章27UDS/VID/mA2131212O2468101282641014UGS=0飽和漏極飽和漏極電流電流漏極特性漏極特性 7.3.4 N7.3.4 N溝道耗盡型場效應(yīng)管溝道耗盡型場效應(yīng)管7.3 場效應(yīng)管第7章轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性ID/mAUGS/VO2468101324UDS=10VIDSS321UP夾段電壓夾段電壓ID隨隨UGS的的增大而增大增大而增大 ID隨隨UGS的減小的減小而減小而減小28（1）開啟電壓）開啟電壓 （2）夾斷電壓）夾斷電壓 （3）跨導）跨導 （4）極限參數(shù)）極限參數(shù)時除了不能超過極限參數(shù)處，還要特別注意管子柵極開路時可能出現(xiàn)柵極感應(yīng)電壓過高時除了不能超過極限參數(shù)處，還要特別注意管子柵極開路時可能出現(xiàn)柵極感應(yīng)電壓過高而造成絕緣層擊穿問題，為避免這種情況，而造成絕緣層擊穿問題，為避免這種情況，保存時保存時必須將三個電極短接；必須