第5章半導(dǎo)體器件

5.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識5.2二極管

5.3晶體管

5.4半導(dǎo)體器件的型號和檢測第5章半導(dǎo)體器件第5章半導(dǎo)體器件5.1

半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識5.1.1本征半導(dǎo)體5.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體5.1.3PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦?.1.1本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體—

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。導(dǎo)電性導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體大多數(shù)金屬硅、鍺塑料、玻璃等本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性+4+4+4+4E++1－1激發(fā)+1+1+1復(fù)合運(yùn)動I電子運(yùn)動I空穴空穴結(jié)論：I=I電子+I空穴電子空穴對

結(jié)論:1.本征半導(dǎo)體中電子空穴成對出現(xiàn),且數(shù)量少；

2.半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；

3.本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度、光照等外界條件有關(guān)。

本征半導(dǎo)體中由于載流子數(shù)量極少，導(dǎo)電能力很弱。如果有控制、有選擇地?fù)饺胛⒘康挠杏秒s質(zhì)（某種元素），將使其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)，成為具有特定導(dǎo)電性能的雜質(zhì)半導(dǎo)體。

1、N型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入五價元素磷。磷原子自由電子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子+5+4+4+4+4+4正離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子N型半導(dǎo)體的簡化圖示5.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體P型硼原子空穴空穴

—

多子電子

—

少子2、P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入三價元素硼。+4+4+4+4+4+3P型半導(dǎo)體的簡化圖示多數(shù)載流子少數(shù)載流子負(fù)離子5.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成1.載流子的濃度差引起多子的擴(kuò)散2.復(fù)合使交界面形成空間電荷區(qū)3.擴(kuò)散和漂移達(dá)到動態(tài)平衡擴(kuò)散電流等于漂移電流，

總電流I=0。擴(kuò)散運(yùn)動：漂移運(yùn)動：由濃度差引起的載流子運(yùn)動。載流子在電場力作用下引起的運(yùn)動。a)載流子的擴(kuò)散b)形成PN結(jié)圖5-5PN結(jié)的形成－－－－++++空間電荷區(qū)變薄2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.外加正向電壓(正向偏置)內(nèi)電場減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，擴(kuò)散飄移，正向電流大正向電流PN2.PN結(jié)反向偏置－－－－++++空間電荷區(qū)變厚NP+_++++－－－－內(nèi)電場加強(qiáng)，使擴(kuò)散停止，有少量漂移，反向電流很小反向飽和電流很小，A級5.2

二極管5.2.1二極管的結(jié)構(gòu)5.2.2二極管的伏安特性5.2.3二極管的主要參數(shù)5.2.4二極管的應(yīng)用5.2.5特殊二極管5.2.1二極管的結(jié)構(gòu)構(gòu)成：PN結(jié)+引線+管殼=二極管(Diode)符號：常見的外形如圖所示：二極管的幾種外形箭頭符號表示PN結(jié)正偏時電流的流向

P區(qū)的引出線稱為陽極，N區(qū)的引出線稱為陰極。分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點接觸型面接觸型點接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負(fù)極引線負(fù)極引線

面接觸型N型鍺PN結(jié)

正極引線鋁合金小球底座金銻合金平面型正極

引線負(fù)極

引線集成電路中平面型pNP型支持襯底5.2.2二極管的伏安特性O(shè)uD/ViD/mA正向特性UON死區(qū)電壓iD

=0UON

=

0.5V

0.1V(硅管)(鍺管)UUONiD急劇上升0U

UON

反向特性U(BR)反向擊穿U（BR)

U0iD

<0.1A(硅)

幾十A

(鍺)U>U（BR）反向電流急劇增大(反向擊穿)擊穿電壓5.2.3二極管的主要參數(shù)1.

IF—

最大整流電流(最大正向平均電流)2.

UR—

最高反向工作電壓，為U(BR)/23.

IR

—最大反向電流(二極管加最大反向電壓時的電流，越小單向?qū)щ娦栽胶?iDuDU(BR)IFURO5.2.4二極管的應(yīng)用1、整流電路

二極管應(yīng)用范圍很廣，主要是利用它的單向?qū)щ娦?，常用于整流、檢波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中用作開關(guān)元件等。將交流電變成脈動直流電電的過程稱整流。

當(dāng)輸入電壓高于某一個數(shù)值時，輸出電壓保持不變，這就是限幅電路。2、限幅電路1、穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。符號工作條件：反向擊穿I/mAUZ/VOUZIZIZM+正向+反向UZIZ5.2.5特殊二極管穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓

UZ

穩(wěn)壓管工作在反向擊穿時的穩(wěn)定工作電壓。2.穩(wěn)定電流

IZ

穩(wěn)壓管正常工作時的最小電流。3.電壓溫度系數(shù)4.

額定功耗2、發(fā)光二極管

符號工作條件：正向偏置一般工作電流幾十mA，導(dǎo)通電壓(1.8

2.2)V發(fā)光二極管簡稱LED，它是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件。3、光敏二極管

符號工作條件：反向偏置5.3

三極管5.3.1晶體管基本結(jié)構(gòu)5.3.2晶體管的電流放大原理5.3.3晶體管的特性曲線5.3.4晶體管的主要參數(shù)5.3.1晶體管基本結(jié)構(gòu)晶體管（三極管）是最重要的一種半導(dǎo)體器件。部分三極管的外型a)NPN型

b)PNP型

圖5-15晶體管的結(jié)構(gòu)和符號5.3.2晶體管的電流放大原理一、晶體管放大的條件1.內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大2.外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏二、晶體管的電流分配和放大作用實驗電路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6A電路條件:

EC>EB

發(fā)射結(jié)正偏

集電結(jié)反偏2.晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動規(guī)律1、發(fā)射區(qū)發(fā)射電子由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴(kuò)散到基區(qū)，并不斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，形成發(fā)射極電流IE。2、電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過程：由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃度很低，所以從發(fā)射極擴(kuò)散過來的電子只有很少一部分和基區(qū)空穴復(fù)合，剩下的絕大部分都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。圖5-16晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動圖5-16晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動3、集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子過程：由于集電結(jié)反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流在集電結(jié)反偏作用下漂移形成反向飽和電流ICBO。ICBO遠(yuǎn)小于集電極電流IC基本等于晶體管內(nèi)有如下電流關(guān)系：IC=ICN+ICBO

當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：(直流電流放大倍數(shù)）

IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而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電流具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。5.3.3三極管的特性曲線一、伏安特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似RCECiBIERB+uBE+uCEEBCEBiC+++O導(dǎo)通電壓UBESi管:(0.60.8)VGe管:(0.20.3)V取0.7V取0.2V1、輸入特性2、輸出特性輸出特性曲線50μA40μA30μA10μAIB=020μAuCE

/VO2468

4321iC

/mAmAICECIBRBEBCEB3DG6ARCV+uCEiC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEO（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)正向偏置輸出特性曲線深度飽和時：0.3V(硅管)UCE為：0.1V(鍺管)1.共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0024684321一般為幾十幾百Q(mào)2.極間反向飽和電流CB極間反向飽和電流

ICBO，CE極間反向飽和電流ICEO。（1）直流電流放大系數(shù)（2）交流電流放大系數(shù)5.3.4晶體管的主要參數(shù)3.極限參數(shù)（1）ICM

—集電極最大允許電流，超過時

值明顯降低。U(BR)CBO

—發(fā)射極開路時C、B極間反向擊穿電壓。（2）PCM—集電極最大允許功率損耗（3）U(BR)CEO

—基極開路時C、E極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO

—集電極極開路時E、B極間反向擊穿電壓。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)5.4半導(dǎo)體器件的型號和測試5.4.2半導(dǎo)體器件的測試5.4.1半導(dǎo)體器件的型號5.4.1半導(dǎo)體器件的型號第一部分?jǐn)?shù)字電極數(shù)2—二極管3—

三極管第二部分第三部分字母(漢拼)材料和極性A—鍺材料N型B—鍺材料P型C—硅材料N型D—硅材料P型A—鍺材料PNPB—鍺材料NPNC—硅材料PNPD—硅材料NPN字母(漢拼)器件類型P—普通管W—穩(wěn)壓管Z—整流管K—開關(guān)管U—光電管X—低頻小功率管G—高頻小功率管D—低頻大功率管A—高頻大功率管第四部分第五部分?jǐn)?shù)字序號字母(漢拼)規(guī)格號例如：2CP2AP2CZ2CW3AX313DG12B3DD63CG3DA3AD3DK常用小功率進(jìn)口三極管901190185.4.2半導(dǎo)體器件的測試1.二極管的檢測（1）目測判別極性觸絲半導(dǎo)體片（2）用萬用表檢測二極管(1)

用指針式萬用表檢測在R1k擋進(jìn)行測量，紅表筆是(表內(nèi)電源)負(fù)極，黑表筆是(表內(nèi)電源)正極。測量時手不要接觸引腳。一般硅管正向電阻為幾千歐，鍺管正向電阻為幾百歐。正反向電阻相差不大為劣質(zhì)管。正反向電阻都是無窮大或零則二極管內(nèi)部斷路或短路。1k0002中、小功率晶體管的檢測（1）檢