第9章半导体二极管和三极管.ppt

* 第 9 章 半导体二极管和三极管 9.2 半导体二极管 9.3 稳压管 9.4 半导体三极管 9.1 半导体的导电特性 退出 第 9 章 半导体二极管和三极管 9.1 半导体的导电特性 本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。 9.1.1 本征半导体 自由电子 空穴 共价键 Si Si Si Si 本征半导体中自由 电子和空穴的形成 用得最多的半导体是硅或锗,它们都是四价元素。将硅或锗材料提纯并形成单晶体后，便形成共价键结构。在获得一定能量(热、光等)后，少量价电子即可挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中就留下一个空位，称为空穴。自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。 　　在外电场的作用下，自由电子逆着电场方向定向运动形成电子电流。带正电的空穴吸引相邻原子中的价电子来填补，而在该原子的共价键中产生另一个空穴。空穴被填补和相继产生的现象，可以看成空穴顺着电场方向移动，形成空穴电流。 　　可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们都能参与导电。 空穴移动方向 电子移动方向 外电场方向 Si Si Si Si Si Si Si 9.1.2 N 型半导体和 P 型半导体 1. N 型半导体 　　在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为 N 型半导体。 Si Si Si Si Si Si Si P 多余价电子 　　本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很低。如果在其中参入微量的杂质(某种元素)将使其导电能力大大增强。 2. P 型半导体 在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼，在组成共价键时将因缺少一个电子而产生一个空位，相邻硅原子的价电子很容易填补这个空位，而在该原子中便产生一个空穴，使空穴的数量大大增加，成为多数载流子，电子是少数载流子，将这种半导体称为 P 型半导体。 Si Si Si Si Si Si Si B 空位 B 空穴 价电子填补空位 9.1.3 PN 结及其单向导电性 1. PN 结的形成 用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成 P 型半导体区域和 N 型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为 PN 结。 P 区 N 区 N区的电子向P区扩散并与空穴复合 PN 结 内电场方向 2. PN 结的单向导电性 (1) 外加正向电压 内电场方向 E 外电场方向 R I P 区 N 区 外电场驱使P区的空穴进入空间 电荷区抵消一部分负空间电荷 N区电子进入空间电荷区 抵消一部分正空间电荷 空间电荷区变窄 扩散运动增强，形 成较大的正向电流 P 区 N 区 内电场方向 E R 空间电荷区变宽 外电场方向 IR 2. 外加反向电压 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走 少数载流子越过 PN 结形成很小的反向电流 多数载流子的扩散运动难于进行 返回 9.2 半导体二极管 9.2.1 基本结构 将 PN 结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。按结构分，有点接触型和面接触型两类。 点接触型 表示符号 正极 负极 金锑合金 面接触型 N型锗 正极引线 负极引线 PN 结 底座 铝合金小球 引线 触丝 N 型锗 外壳 9.2.2 伏安特性 二极管和 PN 结一样，具有单向导电性，由伏安特性曲线可见，当外加正向电压很低时，电流很小，几乎为零。正向电压超过一定数值后，电流很快增大，将这一定数值的正向电压称为死区电压。通常，硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.1V。导通时的正向压降，硅管约为0.6 ~ 0.7V，锗管约为0.2 ~ 0.3V。 60 40 20 – 0.02 – 0.04 0 0.4 0.8 –25 –50 I / mA U / V 正向特性 硅管的伏安特性 死区电压 击穿电压 U(BR) 反向特性 I / mA U / V 0.2 0.4 – 25 – 50 5 10 15 –0.01 –0.02 锗管的伏安特性 0 在二极管上加反向电压时，反向电流很小。但当反向电压增大至某一数值时，反向电流将突然增大。这种现象称为击穿，二极管失去单向导电性。产生击穿时的电压称为反向击穿电压 U(BR)。 9.2.3 主要参数 1. 最大整流电流 IOM 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管 的最大正向平均电流。