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1、1电子技术电子技术主要内容： 模拟电子技术：模拟电子技术：半导体二极管、三极 管、基本放大电路、集成运算放大器、 正弦波振荡电路、直流稳压电源 数字电子技术：数字电子技术：组合电路、时序电路2第第1讲讲第第14章章 半导体器件半导体器件14.1半导体的基础知识，半导体的基础知识，P型硅，型硅，N型硅型硅14.2 PN结结14.3半导体二极管半导体二极管14.4稳压二极管稳压二极管14.5半导体三极管半导体三极管14.6光电器件光电器件314.1.1 本征半导体本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的
2、最外层电子（价电子）都是四个。Si硅原子硅原子Ge锗原子锗原子14.1 半导体的基本知识半导体的基本知识4通过一定的工艺过程，可以将半导体 制成通过一定的工艺过程，可以将半导体 制成晶体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体， 称为完全纯净的、结构完整的半导体晶体， 称为本征半导体本征半导体。在硅和锗晶体中，每个原子与其相临的原 子之间形成在硅和锗晶体中，每个原子与其相临的原 子之间形成共价键共价键，共用一对价电子。，共用一对价电子。5硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共用电子对共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除 去价电子 后的原子+4表示除 去价电子 后的原子6共价键中的两个
3、电子被紧紧束缚在共价键 中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键 中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱 离共价键成为，常温下束缚电子很难脱 离共价键成为自由电子自由电子，因此本征半导体中 的自由电子很少，所以本征半导体的导电能 力很弱。，因此本征半导体中 的自由电子很少，所以本征半导体的导电能 力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+47空穴：在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子 后，共
4、价键中就留下一个空位，称为空穴。空穴：在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子 后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。一般情况下，原子是中性的，当电子挣脱共价 键的束缚成为自由电子后，原子的中性便被破坏， 而显示带正电。一般情况下，原子是中性的，当电子挣脱共价 键的束缚成为自由电子后，原子的中性便被破坏， 而显示带正电。几个概念几个概念激发：共价键中的电子获得能量（温度升高或 光照等）后挣脱原子核的过程。激发：共价键中的电子获得能量（温度升高或 光照等）后挣脱原子核的过程。自由电子：价电子激发后变成为自由电子。自由电子：价电子激发后变成为自由电子。载流子：半导体中的自由电子和空穴统称为载 流子。载流
5、子：半导体中的自由电子和空穴统称为载 流子。8空穴电流：在外电场的作用下，有空穴 的原子可以吸收相邻原子中的价电子，填补 空穴。同时，在失去了一个价电子的相邻原 子的共价键中出现另一个空穴，它也可以再 由其相邻原子中的价电子来递补，而在该原 子中又出现一个空穴。如此下去，就空穴电流：在外电场的作用下，有空穴 的原子可以吸收相邻原子中的价电子，填补 空穴。同时，在失去了一个价电子的相邻原 子的共价键中出现另一个空穴，它也可以再 由其相邻原子中的价电子来递补，而在该原 子中又出现一个空穴。如此下去，就好像好像空 穴在运动。如此形成的电流成为空穴电流。空 穴在运动。如此形成的电流成为空穴电流。本征半
6、导体的导电作用本征半导体的导电作用电子电流：加上外电场时，自由电子的 定向运动产生的。电子电流：加上外电场时，自由电子的 定向运动产生的。9几点注意：几点注意：（1）空穴运动与自由电子运动方向相反，而电子 带负电，故可视为空穴带正电。（）空穴运动与自由电子运动方向相反，而电子 带负电，故可视为空穴带正电。（2）自由电子与空穴成对的产生，又成对的复合 （即自由电子返回共价键的空位），温度一定时电子 空穴对的产生和复合达到平衡，半导体中的载流子数 目便维持一定。（）自由电子与空穴成对的产生，又成对的复合 （即自由电子返回共价键的空位），温度一定时电子 空穴对的产生和复合达到平衡，半导体中的载流子数
7、 目便维持一定。（3）本征半导体受到热能激发而产生的载流子数 目是极少的，故其类似绝缘体。（）本征半导体受到热能激发而产生的载流子数 目是极少的，故其类似绝缘体。（4）载流子数目随温度的升高而增多，温度对半 导体器件的导电性能有影响，这是半导体器件工作不 稳定的一个重要因素。）载流子数目随温度的升高而增多，温度对半 导体器件的导电性能有影响，这是半导体器件工作不 稳定的一个重要因素。1014.1.2杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度
8、 大大增加。载流子：电子，空穴其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度 大大增加。载流子：电子，空穴N型半导体型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）（主要载流子为电子，电子半导体）P型半导体型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）（主要载流子为空穴，空穴半导体）11N型半导体（电子半导体）型半导体（电子半导体）N-Negative在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑）， 晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子 的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体 原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几 乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样 磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷
9、原 子给出一个电子，称为在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑）， 晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子 的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体 原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几 乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样 磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原 子给出一个电子，称为施主原子施主原子, 磷原子带正电。磷原子带正电。多数载流子（多子）：自由电子；少数载流子 （少子）：由热能激发产生的空穴。多数载流子（多子）：自由电子；少数载流子 （少子）：由热能激发产生的空穴。硅或锗硅或锗 +少量磷少量磷 N型半导体型半导体12N型半导体型半导体多余电子多余电
10、子磷原子磷原子硅原子硅原子+N型硅表示型硅表示SiPSiSi13P型半导体（空穴半导体）型半导体（空穴半导体）P-Positive在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或 铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼 原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形 成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚 电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离 子。由于硼原子接受电子，所以称为在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或 铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼 原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形 成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚 电子来填补，使
11、得硼原子成为不能移动的带负电的离 子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子受主原子，硼原 子带负电。，硼原 子带负电。多数载流子（多子）：空穴；少数载流子（少 子）：由热能激发产生的自由电子。多数载流子（多子）：空穴；少数载流子（少 子）：由热能激发产生的自由电子。硅或锗硅或锗 +少量硼少量硼 P型半导体型半导体14空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子P型硅表示型硅表示SiSiSiB硅原子硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且 可以移动。空穴被认为带一个单位的正电荷，并且 可以移动。15杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P型半导体P型半导体+N型半导体N型半导体1614.2.1
12、PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型 半导体和型 半导体和N型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了PN结。结。14.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管17P型半导体P型半导体N型半导体N型半导体+扩散运动（多子）内电场E漂移运动（少子）空间电荷区空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动18扩散的结果是使空间 电荷区逐渐加宽，扩 散越强则空间电荷区 越宽。扩散的结果是使空间 电荷区逐渐加宽，扩 散越强则空间电荷区 越宽。漂移运动P型半导体P型半导体N型半导体N型半导
13、体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂 移运动越强，而漂移 使空间电荷区变薄。内电场越强，就使漂 移运动越强，而漂移 使空间电荷区变薄。19漂移运动P型半导体P型半导体N型半导体N型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动所以扩散和漂 移这一对相反 的运动最终达 到平衡，相当 于两个区之间 没有电荷运动， 空间电荷区的 厚度固定不变。所以扩散和漂 移这一对相反 的运动最终达 到平衡，相当 于两个区之间 没有电荷运动， 空间电荷区的 厚度固定不变。2014.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正
14、向偏置的意 思都是：的意 思都是： P区加正、区加正、N区加负电压。区加负电压。PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意 思都是：的意 思都是： P区加负、区加负、N区加正电压。区加正电压。21PN结正向偏置结正向偏置+内电场减弱，使扩散加强，扩散飘移，正向电流大 （内电场减弱，使扩散加强，扩散飘移，正向电流大 （PN结电阻很低）结电阻很低）空间电荷区变薄空间电荷区变薄PN +_正向电流正向电流22PN结反向偏置结反向偏置+空间电荷区变厚空间电荷区变厚NP+_+内电场加强，使扩散停止，有少量漂移，反向电流很小 （内电场加强，使扩散停止，有少量漂移，反向电流很小 （PN结呈现的反向
15、电阻很高）结呈现的反向电阻很高）反向饱和电流很小，反向饱和电流很小，A级级23 14. 3 半导体二极管半导体二极管(1)基本结构基本结构 PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PNPN符号 阳极阴极符号 阳极阴极二极管识别：一般对小功率二极管，其阴极用灰色带 标出。二极管识别：一般对小功率二极管，其阴极用灰色带 标出。24(2)伏安特性伏安特性UI导通压降: 硅 管导通压降: 硅 管0.60.8V,锗 管锗 管0.20.3V。反向击穿电 压反向击穿电 压U(BR)死区电压 硅管死区电压 硅管 0.5V,锗管锗管0.1V。UIE+-反向漏电流（很小，反向漏电流（很小，A级）级）25（3）静态电阻）静态电阻Rd ，动态电阻，动态电阻 rDUQIQUS+-R静态工作点静态工作点Q（UQ ，IQ ）26（3）静态电阻）静态电阻Rd ，动态电阻，动态电阻 rDiuIQUQQ IQ UQ静态电阻 ：静态电阻 ：Rd=UQ/IQ（非线性）（非线性）动态电阻：动态电阻：rD =UQ/ IQ在工作点在工作点Q附近，动态电 阻近似为线性，故动态电 阻又称为附近，动态电 阻近似为线性，故动态电 阻又称为微变等效电阻微变等效电阻。27（4）二极管主要参
