第7章 常用半导器件第7章 常用半导体器件.doc

学习要点 半导体二极管工作原理 半导体三极管工作原理 7.1 半导体基本知识 1. 本征半导体 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。用得最多的半导体是锗和硅，都是四价元素。将锗或硅材料提纯后形成的完全纯净、具有完整晶体结构的半导体就是本征半导体。 　　　　　　　 本征半导体结构示意图 半导体的导电能力在不同条件下有很大差别。一般来说，本征半导体相邻原子间存在稳固的共价键，导电能力并不强。但有些半导体在温度增高、受光照等条件下，导电能力会大大增强，利用这种特性可制造热敏电阻、光敏电阻等器件。更重要的是，在本征半导体中掺入微量杂质后，其导电能力就可增加几十万乃至几百万倍，利用这种特性就可制造二极管、三极管等半导体器件。 ? 半导体的这种与导体和绝缘体截然不同的导电特性是由它的内部结构和导电机理决定的：在半导体价键结构中，价电子（原子的最外层电子）不像在绝缘体（8价元素）中那样被束缚得很紧，在获得一定能量（温度增高、受光照等）后，即可摆脱原子核的束缚（电子受到激发），成为自由电时共价键中留下的空位称为空穴。 本征半导体中的自由电子和空穴 在外电场的作用下，半导体中将出现两部分电流：一是自由电子作定向运动形成的电子电流，一是仍被原子核束缚的价电子（不是自由电子）递补空穴形成的空穴电流。也就是说，在半导体中存在自由电子和空穴两种载流子，这是半导体和金属在导电机理上的本质区别。 本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合，在一定温度下达到动态平衡，载流子便维持一定数目。温度愈高，载流子数目愈多，导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能的影响很大。 载流子——能运载电荷做定向移动并形成电流的粒子 2. 掺杂半导体 本征半导体中载流子数目极少，导电能力仍然很低。但如果在其中掺入微量的杂质，所形成的杂质半导体的导电性能将大大增强。由于掺入的杂质不同，杂质半导体可以分为N型和P型两大类。 本征半导体中掺入磷或其他五价元素，就构成N型半导体。半导体中的自由电子数目大量增加，自由电子成为多数载流子，空穴则成为少数载流子 本征半导体中掺入硼或其他三价元素，就构成P型半导体。半导体中的空穴数目大量增加，空穴成为多数载流子，而自由电子则成为少数载流子。??? ?? 应注意，不论是N型半导体还是P型半导体，虽然都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然是不带电的。 7.2　 PN结　　　　　　　　　　　　　　　　　　? 1. PN结的形成 通过某些方式将P型半导体和N型半导体结合在一起，则在它们的交接面上将形成PN结。 PN结的形成 图a所示的是一块晶片，两边分别形成P型和N型半导体。根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区向N区扩散，自由电子要从浓度高的N区向P区扩散，并在交界面发生复合(耗尽)，形成载流子极少的正负空间电荷区（如图b所示），也就是PN结，又叫耗尽层。 正负空间电荷在交界面两侧形成一个由N区指向P区的电场，称为内电场，它对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区又称为阻挡层。同时，内电场对少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）则可推动它们越过空间电荷区，这种少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。 扩散和漂移是相互联系，又是相互矛盾的。在一定条件下（例如温度一定），多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数载流子的漂移运动则逐渐增强，最后两者达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定下来，PN结就处于相对稳定的状态。 2. PN结的单向导电性 PN结具有单向导电的特性，这也是半导体器件的主要工作机理。 如果在PN结上加正向电压，外电场与内电场的方向相反，使空间电荷区变窄，内电场被削弱，多数载流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电流（由P区流向N区的正向电流）。在一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大，这时PN结呈现的电阻很低，即PN结处于导通状态。 PN结加正向电压时导通?? ?????如果在PN结上加反向电压，外电场与内电场的方向一致，使空间电荷区变宽，内电场增强，使多数载流子的扩散运动难于进行，同时加强了少数载流子的漂移运动，形成由N区流向P区的反向电流。由于少数载流子数量很少，因此反向电流不大，PN结的反向电阻很高，即PN结处于截止状态。 由以上分析可知，PN结具有单向导电性。 PN结加反向电压时截止?? 7.3 半导体二极管 1. 二极管结构 将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。 P区对应的称为阳极（或正极），N区对应的称为阴极（或负极） 点接触型 面接触型 表示符号