《哈工大机电学院电子技术课件多学时-常用半导体器件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工大机电学院电子技术课件多学时-常用半导体器件（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 本章要求：本章要求：1. 1. 理解理解PNPN结的单向导电性，三极管的电流分配和结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；电流放大作用；2. 2. 了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；3. 3. 会分析含有二极管的电路。会分析含有二极管的电路。第第1 1章章 常用半导体元件常用半导体元件1.1 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
2、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、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
3、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
4、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)(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)(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) (1) 本征半导体中载流子数
5、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) (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 N型半导体和型半导
6、体和 P 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，称为电子半导体电方式，称为电子半导体 或或N 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 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 N型
7、半导体和型半导体和 P 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 P型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素Si SiSi Si在在 P 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 N型或型或P 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。1.2 PN1.2 PN结及其单向导电性结及其单
8、向导电性 1.2.11.2.1 PNPN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 P 型半导体型半导体N 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1.2.2 PN1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性1. PN 1. PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置
9、） 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 PN 结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN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，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场PN+2. PN 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 P接负、接负、N N接正接正 内电场内电场P PN N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +PN PN 结变宽结变宽2. PN 2. PN 结加反向
10、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 P接负、接负、N 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 PN 结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN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，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场P PN N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +1.31.3 半导体二极管半导体二极管1.3.1 1.3.1 基本结构基本
11、结构(a) (a) 点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型结面积小、结面积小、 结电容小、正结电容小、正 向电流小。用向电流小。用 于检波和变频于检波和变频 等高频电路。等高频电路。结面积大、结面积大、 正向电流大、正向电流大、 结电容大，用结电容大，用 于工频大电流于工频大电流 整流电路。整流电路。(c) (c) 平面型平面型用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小结结面积可大可小 ，用于高频整流和开关电路中。，用于高频整流和开关电路中。阴极引线阳极引线 二氧化硅保护层P型硅 N型硅( c ) 平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳( a ) 点接触
12、型铝合金小球N型硅阳极引线PN结 金锑合金底座阴极引线 ( b ) 面接触型二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阳极( d ) 符号D1.3.2 1.3.2 二极管的二极管的 伏安特性伏安特性硅管硅管0.5V0.5V 锗管锗管0 0.1V.1V反向击穿 电压U(BR)导通压降导通压降外加电压大于死区外加电压大于死区 电压二极管才能导通电压二极管才能导通 。外加电压大于反向击外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正向特性反向特性特点：非线性特点：非线性硅硅0 0.60.8V.60.8V 锗锗0 0.2.20.3V0.3V UI死
13、区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流 在一定电压在一定电压 范围内保持范围内保持 常数。常数。1.3.3 1.3.3 主要参数主要参数 1. 1. 最大整流电流最大整流电流 I IF F二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向 平均电流。平均电流。 2. 2. 反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压， 一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。的一半或三分之二。 二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管
14、击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。 3. 3. 反向峰值电流反向峰值电流I IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反 向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的受温度的 影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小 ，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。二极管二极管的单向导电性的单向导电性1. 1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极 接负接负
15、 ）时，）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向二极管处于正向导通状态，二极管正向 电阻较小，正向电流较大。电阻较小，正向电流较大。2. 2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极 接正接正 ）时，）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向二极管处于反向截止状态，二极管反向 电阻较大，反向电流很小。电阻较大，反向电流很小。3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失 去单向导电性。去单向导电性。4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反 向电流愈大。向电流愈大。1. 1. 符号符号 UZIZIZM UZ IZ2. 2. 伏安特性伏安特性_+UIO1.3.4 1.3.4 稳压二极管稳压二极管3. 3. 主要参数主要参数(1)(1) 稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作( (反向击穿反向击穿) )时管子两端的电压。时管子两端的电压。
