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1、8 半导体器件8.1 半导体的基础知识和 PN结8.2 半导体二极管8.3 晶体三极管8.4 特殊三极管8.5 MOS绝缘栅场效应管8.1.2 N型半导体和 P型半导体8.1.3 PN结8.1.4 PN结的单向导电性8.1.1 半导体的导电特性8.1 半导体基础知识和 PN结第 8章上页 下页 返回半导体的导电特性半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻 )。掺杂性掺杂性 ： 往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变能力明显改变 (可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、
2、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性： 当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等管、光敏三极管等 )。热敏性：热敏性： 当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强本征半导体本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为
3、 价电子价电子 。Si SiSi Si价电子 Si SiSi Si价电子价电子在获得一定能量（价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为自由电子自由电子 （带负电），同时（带负电），同时共价键中留下一个空位，称共价键中留下一个空位，称为为 空穴空穴 （带正电）（带正电） 。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴 温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该
4、原子中出现一个空穴，其结果相当来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流两部分电流 (1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流(2)价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流注意：注意：(1) 本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少 , 其导电性能很差；其导电性能很差；(2) 温度愈高，温度愈高， 载流子的数目愈多载流子的数目愈多 ,半导体的导电性能半导
5、体的导电性能也就愈好。也就愈好。 所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和 空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和 空穴成对地产生的同时，又不断复合空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。，半导体中载流子便维持一定的数目。 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导
6、体电方式，称为电子半导体或或 N型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素Si SiSi Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素） ,形成杂质半导体。形成杂质半导体。在在 N 型半导体中型半导体中 自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载多数载流子，空穴是少数载流子。流子。N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或 P型半导体
7、。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素Si SiSi Si在在 P 型半导体中型半导体中 空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数数载流子，自由电子是少数载流子。载流子。B硼原子接受一个接受一个电子变为电子变为负离子负离子空穴无论无论 N型或型或 P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。 1. 在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （ a. 掺杂浓度、掺杂浓度、 b.温度）有关。温度）有关。2. 在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与（ a. 掺杂浓度、掺杂浓度、 b.温度）有关。温度）有关。3. 当温度升高时，少子的数量当温度升高时，
8、少子的数量 （ a. 减少、减少、 b. 不变、不变、 c. 增多）。增多）。abc4. 在外加电压的作用下，在外加电压的作用下， P 型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是 ， N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。 （ a. 电子电流、电子电流、 b.空穴电流）空穴电流） b aPN结结PN结的形成结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P 型半导体型半导体 N 型半导体型半导体内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称 PN 结 扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的
9、这一对相反的运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。+形成空间电荷区PN结的单向导电性结的单向导电性PN 结加正向电压结加正向电压 （正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄P接正、 N接负 外电场IF内电场被内电场被削弱，多子削弱，多子的扩散加强的扩散加强，形成较大，形成较大的扩散电流的扩散电流。PN 结加正向电压时，结加正向电压时， PN结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，大，正向电阻较小， PN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场P N+ 2. PN 结加反向电压结加反向电压 （反向偏置）（反向偏置）外电场外电场P接负
10、、接负、 N接正接正 内电场内电场P N+ +PN 结变宽结变宽PN 结加反向电压结加反向电压 （反向偏置）（反向偏置）外电场外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IRP接负、接负、 N接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。 +PN 结加反向电压时，结加反向电压时， PN结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大， PN结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场P N+由上述分析可知 ：PN结具有 单向 导电性即 在 PN结上加正向电压时， PN结电阻很低，正向电流
11、较大。（ PN结处于 导通 状态）加反向电压时， PN结电阻很高，反向电流很小。（ PN结处于 截止 状态）切记第 8章上页 下页 返回8.2 半导体 二极管表示符号 面 接触型点接触型引线触丝外壳N型锗片 N型硅阳极引线PN结阴极引线金锑合金底座铝合金小球第 8章上页 下页阴极阳极D返回8.2.1 基本结构第 8章上页 下页 返回几种二极管外观图几种二极管外观图小功率二极管大功率二极管发光二极管8.2.2 二极管的伏安特性-40-20O U/VI/mA604020-50 -250.4 0.8正向反向击穿电压死区电压U(BR)硅管的伏安特性I/A第 8章上页 下页 返回-20-40-250.4
12、0.2-5010O155I/mAU/V锗管的伏安特性I/A死区电压死区电压：硅管约为 ：0.5V,锗管约为 ： 0.2V。导通时的正向压降：硅管约为 :0. 7V,锗管约为:0.3V。常温下，反向饱和电流很小 .当 PN结温度升高时，反向电流明显增加 。注 意 :8.2.3 主要参数主要参数-40-20OI/mA604020-50 -250.4 0.8正向反向击穿电压死区电压U(BR)I/AU/V第 8章上页 下页最大整流电流最大整流电流 Iom 最高反向电压最高反向电压 URM 最高工作频率最高工作频率 fM 最大反向电流最大反向电流 IRM 返回8.3.1 稳压管 :是一种特殊的面接触型半
13、导体二极管。符号 :DZ阴 极阳 极特点 :(1)反向特性曲线比较陡(2)工作在反向击穿区8.3 特殊二极管第 8章上页 下页 返回I/mAU/V0UZIZIU-稳压管的主要参数稳压管的主要参数 :第 8章上页 下页稳定电压 UZ稳定电流 IZ动态电阻 rZ最大允许耗散功率 PZ M一般情况 :高于 6V的 UZ为正 ,低于 6V的 UZ为负。 电压温度系数 UZrz = UZ / IZ返回I/mAU/V0UZIZ第 8章上页 下页 返回稳压管构成的稳压电路图中 R为限流电阻，用来限制流过稳压管的电流。 RL为负载电阻。UiR-DZ RL-UOI ILIZUZ由于稳压管工作在其反向特性端，因而
14、在反向击穿的情况下可以保证负载两端的电压在一定的范围内基本保持不变。8.3.2 光敏二极管w 光敏二极管是一种光接收器件。它的管壳上有一个玻璃窗口以便接受光照，当光线辐射于 PN结时，提高了半导体的导电性，在反偏电压作用下产生反向电流。反向电流随光照强度的增加而上升。其主要特点是反向电流与照度成正比。_ +8.3.3 发光二极管w 发光二极管 是一种光发射器件，是一种把电能直接转换成光能的固体发光器件，简称 LED。 光的颜色 主要取决于制造所用材料。砷化镓再加入一些磷可得红色光，磷化镓能级差距大，发射出来的光呈绿色。发光强度 在一定范围内与正向电流大小近似成线性关系。 _+8.4 晶体三极管
15、8.4.1 基本结构8.4.2 电流分配和电流放大原理8.4.3 特性曲线第 8章上页 下页 返回8.4.4 主要参数8.4.1 基本结构NPN型 PNP型CPNNNPPE EB B发射区集电区基区 基区基极发射极集电结发射结 发射结集电结集电区发射区集电极 集电极C发射极基极BETCNPNBETCPNP第 8章上页 下页 返回8.4.2 电流分配和电流放大原理IEIBRBUBBICUCC输入电路输出电路公共端晶体管具有电流放大作用的外晶体管具有电流放大作用的外部条件：部条件： 发射结正向偏置集电结反向偏置NPN 管：UBE0 UBCVBVERCBCE共发射极放大电路第 8章上页 下页PNP 管：UBE0即 VCIB 或 IC IB第 8章上页 下页 返回晶体管起电流放大作用，必须
