第二章本导体器件基础.ppt

2 半导体器件基础 ★ 半导体的基础知识 ★★ 半导体器件的核心环节——PN结 ★★★ 半导体二极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用 ★★★★ 半导体三极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及三极管基本电路及其分析方法与应用 ★★★★★ 场效应管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数 2.1 半导体的基本知识 2.1.1 本征半导体 导电性能介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。 常用的半导体有硅（Si）和锗（Ge）。 纯净的半导体称为本征半导体，其原子结构是晶体结构，故半导体管又称晶体管。 共价键结构半导体的特点： ①共价键上的电子受原子核束缚较紧，不象自由电子那样活泼。——半导体的导电性不如导体。 ②共价键上的某些电子受外界能量激发（如受热或光照）后，可挣脱共价键束缚，成为带负电荷的自由电子。自由电子在电场力作用下，逆着电场方向作定向运动，形成电子流。——电子是半导体的载流子之一。 ③共价键上的电子挣脱共价键束缚成为带负电荷的自由电子后，在其原来的位置留下一个空位，称为空穴。空穴的出现是半导体区别于其他导体的一个重要特点。 电子—空穴对本征激发、复合 本征激发：本征半导体受外界能量激发，产生电子—空穴对的现象。 电子—空穴对:本征半导体受外界能量激发，自由电子和空穴成对出现。 复合: 自由电子和空穴也会重新结合，叫做复合。 自由电子和空穴是两种电量相等、性质相反的载流子。 2.1.2 杂质半导体 N型半导体: 在本征半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素磷（或砷），以电子导电为主的半导体称为N型半导体。在外电场的作用下，其电流主要是电子电流。 P型半导体： 在本征半导体硅（或锗）中掺入微量三价元素硼（或镓），以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。掺入了三价元素的杂质半导体，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。 2.1.3 PN结及其单向导电性 扩散运动：P型半导体和N型半导体的交界面处形成载流子浓度的差异。P区空穴多，N区电子多，N区电子要向P区扩散，P区空穴向N区扩散，这种由于浓度差异引起的载流子运动称为扩散运动。 漂移运动：扩散运动的结果，产生从N区指向P区的内电场。在电场作用下的载流子运动称为漂移运动。 一、PN结的形成 PN结：P型半导体和N型半导体交界面发生着两种相反的运动——多子的扩散和少子的漂移。当两种运动达到动态平衡时，空间电荷不再变化，形成宽度稳定的空间电荷区——PN结。 耗尽层：在PN结内，由于载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说被耗尽了，所以空间电荷区又称耗尽层。 二、PN结的单向导电性 ②加反向电压——PN结截止 2.2.1 晶体二极管的结构、符号、类型 晶体二极管的符号 二极管的分类 按制造材料分——硅二极管和锗二极管； 按用途分——整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管等； 按结构工艺分——点接触型、面接触型等。 2.2.2晶体二极管的伏安特性与等效电路 由特性曲线： 二极管是非线性器件，通过二极管的电流与加在其两端的电压近似成指数关系； 在一定电压范围内，二极管具有单向导电性。 理想二极管加不同极性电压时的意义 考虑UF , 二极管加不同电压时的意义 例2.1 二极管电路如下图所示，试计算回路中的电流ID及输出电压UO，设二极管为硅管。 解：图示电路中，于a、b点处断开，得： Ua =-12V， Ub =-18V 由于 Ua ＞ Ub ，故二极管导通。 若二极管为理想的，则ID =UR/R=（-U1+U2）/R=3mA， UO=- U1=-12V 若计二极管的正向压降UF，则ID =UR/R=（-U1+U2-UF）/R=2.65mA， UO= -UF - U1=-12.7V 2.2.3 晶体二极管的主要参数 1．最大整流电流Ir——二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。 2.最高反向工作电压URM——允许加在二极管上的反向电压的最大值。 3.反向电流IR——室温下，二极管两端加上规定的反向电压时的反向电流。 4．最高工作频率fm——二极管工作在高频时，电流容易从结电容通过，使管子的单向导电性能变差，甚至可能失去单向导电性，为此规定一个最高工作频率，它主要决定于PN结结电容的大小，结电容愈大，则fM愈低。 二极管的参数还有结电容及最高结温等 2.2.5 晶体二极管的基本应用 整流 检波 开关 稳压 限幅 钳位 2.2.6 稳压、发光、光电、变容二极管简介 变容二极管 2.3 晶体三极管 晶体管的电路