培训资料(半导体)

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1、半导本 一、 半导体的基要知识一、 半导体的基要知识 导体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体 绝缘体：绝缘体：有的物体几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 半导本：半导本：另一类物质的导电性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和硫化物、氧化物等。 二、 本征半导本二、 本征半导本 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。 在硅和锗晶体中，原子之间靠近的很近，分属于每个原子的价电子受到相邻原子的影响，而使价电子为两个原子共有，每个原子与其相临的

2、原子之间形成共价键共价键，共用一对价电子 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。 共价键中的两个电子被电子紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，在常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子自由电子，因此本征半导本的导电能力很弱。 在绝对 0 度和没有外界激发时， 价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子） ，它的导电能力为 0，相当于绝缘体。 在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价键留下一个空位，称为空穴空穴。 本征导半导中存在数量相等的两

3、种载流子， 即自由电子和空穴。一个空穴空穴带一个单位的正电子电量，电子是构成原子的基本粒子之一，质量极小，带负电。 三、 杂质半导本三、 杂质半导本 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导本的导电性能发生显著变化。 使自由电子自由电子浓度大大增加的杂质半导本称为N 型半导体型半导体（电子半导本） ，使空穴空穴浓度大大增加的杂质半导体称为P 型半导本型半导本（空穴半导本） 1、 N 型半导本型半导本 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本原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导本原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很

4、容易被激发而成为自由电子自由电子，这样磷原子就就成了不能移动的带正电电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。 N 型半导本掺杂浓度远大于体征半导本中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度，自由电子称为多数载流子（多子） ，空穴称为不数载流子（少子） 。 2、 P 型半导本型半导本 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有点三个价电子与相临的半导本原子形成共价键时，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。由于硼原子接爱电子，所以称为受主原子。 P 型半导本掺杂浓度远大于体征半导本中载流

5、子浓度，所以，空穴浓度远大于自由电子浓度，空穴称为多数载流子（多子） ，自由电子称为少数载流子（少子） 。 总结： N 型半导本电子是多子型半导本电子是多子 P 型半导本空穴是多子型半导本空穴是多子 半导本二极管半导本二极管 一、 一、 PN 结的形成结的形成 在同一片半导本基片上，分别制造在同一片半导本基片上，分别制造 P 型半导体和型半导体和 N 型半导本，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了型半导本，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结结。 在半导体中真正移动的其实是电子，空穴的移动也是电子移动造成的，但是电子移动和电流是反向的，因此为了方便而把空穴看成正电荷移动，也

6、就成电流了，但实质还是电子移动。 电子的移动就相当于空穴的移动，空穴的移动就相当于正电荷的移动 扩散是指 P 区(或 N 区)多子的移动，漂移是指 P 区(或 N区) 的移动。 扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区间没有电荷运动， 空间电荷区的厚度固定不变， 称为PN结。结。 注意注意 1、 空间电荷区中没有载流子空间电荷区中没有载流子 2、 空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍 P 中的空穴、中的空穴、N 中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动） 3、 P 中的电子和中的电子和 N 中空穴（都是少子） ，数量很限，因此由它们

7、形成的电流非常小（几个微安）中空穴（都是少子） ，数量很限，因此由它们形成的电流非常小（几个微安） 二、 二、 PN 结的单向导体性结的单向导体性 PN 结加上正向电压结加上正向电压、正向偏置的意思是：、正向偏置的意思是：P 区加正、区加正、N 区加负电压区加负电压 PN 结加上反向电压结加上反向电压、反向偏置的意思是：、反向偏置的意思是：P 区加负、区加负、N交加正电压。交加正电压。 三、 三、 PN 结的伏安特性结的伏安特性 二极管的导电特性： 二极管的导电特性： 二极管最重要的特性就是单方向导电性二极管最重要的特性就是单方向导电性。 理想二极管在正向偏置时，其管压降为零，相当于开关的闭合

8、。当反向偏置时，其电流为零，阻抗无穷大，相当于开关的断开。 四、 二极管的类型四、 二极管的类型 A、普通整流二极管、普通整流二极管 整流二极管是利用二极管的单向导电性整流二极管是利用二极管的单向导电性将交流电能转变为直流电能的半导体器件。 整流二极管主要用于各种低频半波整流电路， 如需达到全波整流需连成整流桥使用。 半波整流半波整流 全波整流全波整流 桥式整流桥式整流 限幅二极管限幅二极管 整流二极管主要参数： 整流二极管主要参数： 1、最大平均整流电流 IF： 2、最高反向工作电压 VR 3、最大反向漏电流 IR 4、击穿电压VR： 5、最高工作频率 fm： 6、反向恢复时间 tre： B

9、、肖特基二极管 B、肖特基二极管 肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD 是肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode,缩写成 SBD）的简称。SBD 不是利用 P 型半导体与 N 型半导体接触形成 PN 结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属半导体结原理制作的。因此，SBD 也称为金属半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。 其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅 0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。 中、 小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。SBD具

10、有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于 60V，最高仅约 100V。 C、稳压二极 C、稳压二极 稳压二极管（又叫齐纳二极管） ，此二极管是一种直到临界反向击穿前都有很高电阻的半导体器件，稳压二极管（又叫齐纳二极管） ，此二极管是一种直到临界反向击穿前都有很高电阻的半导体器件，利用二极管的反向击穿特性稳定工作电压。 利用二极管的反向击穿特性稳定工作电压。 电阻的作用是起限流用，以保护稳压管，其次是当输入电压或是负载电流变化时，通过电阻上电压降的变化，取出识差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。 电阻的作用是起限流用，以保护稳压管，其次是当输入电压或是负载电

11、流变化时，通过电阻上电压降的变化，取出识差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。 稳压管的参数 稳压管的参数 1、1、 稳定电压 稳定电压 2、2、 稳定电流，最大、最小稳定电流。稳定电流，最大、最小稳定电流。 3、3、 最大允许电流最大允许电流 4、4、 动态电阻动态电阻 5、5、 电压温度系数电压温度系数 D、TVS/ESD 二极管 D、TVS/ESD 二极管 TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR）或称瞬变电压抑制二极管。 TVS 管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度（最高达 1*10-12 秒）使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间

12、的电压箝位在一个预定的数值上， 从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。 （静电保护）（静电保护） 常用于常用于 USB、耳机插座、开关按键、天线电路、耳机插座、开关按键、天线电路.等等。等等。 TVS 瞬变电压抑制二极管的特性参数 TVS 瞬变电压抑制二极管的特性参数 1、最大反向漏电流 ID 和额定反向关断电压 VWM。 2、最小击穿电压 VBR 和击穿电流 IRVBR 是 TVS 最小的雪崩电压。 3、最大箝拉电压 VC 和最大峰值脉冲电流 IPP。 4、电容量 C 电容量 C 是 TVS 雪崩结截面决定的、在特定的 1MHZ 频率下测得的。 5、 最大峰值脉冲功耗 PMPM 是 TVS 能承受的最大峰值脉冲耗散功率。 TVS/ESD 二极管也称雪崩二极管。 TVS/ESD 二极管也称雪崩二极管。 五、二极管的检测： 五、二极管的检测： 极性的判别 将万用表置于 R100 档或 R1k 档，两表笔分别接二极管的两个电极，测出一个结果后，对调两表笔，再测出一个结果。两次测量的结果中，有一次测量出的阻值较大（为反向电阻） ，一次测量出的阻值较小（为正向电阻） 。 在阻值较小的一次测量中， 红表笔 （数字万用表）接的是二极管的正极，黑表笔接的是二极管的负极。