課件第7部分常用半導(dǎo)體器件

1、第7章 常用半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件工作原理學(xué)習(xí)要點17.1 半導(dǎo)體二極管7.2 半導(dǎo)體三極管第7章 常用半導(dǎo)體器件27.1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體器件是用半導(dǎo)體材料制成的電子器件。常用的半導(dǎo)體器件有二極管、三極管、場效應(yīng)晶體管等。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成各種電子電路最基本的元件。7.1.1 PN結(jié)半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)。硅和鍺是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。3熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴室溫下，由于熱運動少數(shù)價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，同時在共價鍵中留下一個空位這個空位稱為空穴。失去價電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。在電子技術(shù)中，將

2、空穴看成帶正電荷的載流子。每個原子周圍有四個相鄰的原子，原子之間通過共價鍵緊密結(jié)合在一起。兩個相鄰原子共用一對電子。1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征4空穴運動（與自由電子的運動不同）有了空穴，鄰近共價鍵中的價電子很容易過來填補這個空穴，這樣空穴便轉(zhuǎn)移到鄰近共價鍵中。新的空穴又會被鄰近的價電子填補。帶負電荷的價電子依次填補空穴的運動，從效果上看，相當(dāng)于帶正電荷的空穴作相反方向的運動。本征半導(dǎo)體中有兩種載流子：帶負電荷的自由電子和帶正電荷的空穴熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的，電子和空穴又可能重新結(jié)合而成對消失，稱為復(fù)合。在一定溫度下自由電子和空穴維持一定的濃度。5在純凈半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，其導(dǎo)電能

3、力將大大增強。在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等5價元素，由于這類元素的原子最外層有5個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于存在多余的價電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體自由電子 多數(shù)載流子（簡稱多子）空 穴少數(shù)載流子（簡稱少子）6P型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價元素，由于這類元素的原子最外層只有3個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于缺少價電子而形成大量空穴，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運動，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由

4、電子是少數(shù)載流子。自由電子 多數(shù)載流子（簡稱多子）空 穴少數(shù)載流子（簡稱少子）7無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。少數(shù)載流子是熱激發(fā)而產(chǎn)生的，其數(shù)量的多少決定于溫度。82PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)的形成半導(dǎo)體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電場作用下的定向運動稱為漂移運動。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因為濃度差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為擴散運動。將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個特殊的薄層 PN結(jié)。9 多子擴

5、散 形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場 少子漂移促使阻止 擴散與漂移達到動態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)10外加正向電壓（也叫正向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，擴散運動大大超過漂移運動，N區(qū)電子不斷擴散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1外加反向電壓（也叫反向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強了內(nèi)電場，多子擴散難以進行，少子在電場作用下形成反向電流 IR，因為是少子漂移運動產(chǎn)生的， IR很小，這時稱PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。127.1.2 半導(dǎo)體二極管一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。 半

6、導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點接觸型和面接觸型兩類。 點接觸型二極管PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件。 面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，多用在低頻整流電路中。1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)與符號132半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線（1）正向特性外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。外加反向電壓時， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流 很小。 反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。（2）反向特性143半導(dǎo)體二極管的主

7、要參數(shù)1）最大整流電流IF：指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。2）反向擊穿電壓UB：指管子反向擊穿時的電壓值。3）最大反向工作電壓UDRM：二極管運行時允許承受的最大反向電壓（約為UB 的一半）。4）反向電流IR：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩?）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。理想二極管：正向電阻為零，正向?qū)〞r為短路特性，正向壓降忽略不計；反向電阻為無窮大，反向截止時為開路特性，反向漏電流忽略不計。157.1.3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只

8、引起很小的電壓變化。穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓UZ。反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ。工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的電流。（3）動態(tài)電阻rZ。穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比。即：rZ=UZ/IZ（4）額定功率PZ和最大穩(wěn)定電流IZM。額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。最大穩(wěn)定電流IZM是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。它們之間的關(guān)系是： PZ=UZIZM167.2 半導(dǎo)體三極管7.2.1 三極管的結(jié)構(gòu)及類型半導(dǎo)體三極管是由兩個背靠背的PN結(jié)構(gòu)成的。在工作過程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導(dǎo)電，故又稱為雙極型晶體管，簡稱晶體管或三極管。 兩個

9、PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個區(qū)域。這三個區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。17NPN型PNP型箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時的電流方向187.2.2 電流分配和電流放大作用（1）產(chǎn)生放大作用的條件 內(nèi)部：a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度基區(qū)集電區(qū) b）基區(qū)很薄 外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏（2）三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流 iEb）電子在基區(qū)中的擴散與復(fù)合，形成基極電流 iBc）集電區(qū)收集擴散過來的電子，形成集電極電流 iC（3）電流分配關(guān)系： iE = iC + iB 19實驗表明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有。IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。7.2.3 三極管的特性曲線1輸入特性曲線與二極管類似202輸出特性曲線（1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置（2）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置 （3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置 此時 217.2.4 三極管的主要參數(shù)1、