常用半导体器件基本要求熟练掌握普通二极管稳压管的外.DOC

1 常用半导体器件 熟练掌握： (1) 普通二极管、稳压管的外特性，主要参数； (2) 双极型、单极型三极管的外特性，主要参数 正确理解： (1) 普通二极管、稳压管的PN结； (2) 双极型、单极型三极管的工作原理 主要内容 1.1 1.1.1 本征半导体 所谓半导体，顾名思义，就是它的导电能力介乎导体和绝缘体之间。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、具有晶体结构的半导体就是本征半导体。 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。在半导体共价键结构中，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），成为自由电子，同时共价键中留下的空位称为空穴。 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。 1.1.2 掺杂半导体 相对而言，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。 N型半导体中掺入的杂质为磷或其他五价元素，磷原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时，多余的第五个价电子很容易摆脱磷原子核的束缚而成为自由电子，于是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。 P型半导体中掺入的杂质为硼或其他三价元素，硼原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时，将因缺少一个价电子而形成一个空穴，于是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。 1.1.3 PN结的形成 P型和N型半导体并不能直接用来制造半导体器件。通常是在N型（或P型）半导体的局部再掺入浓度较大的三价（或五价）杂质，使其变为P型（或N型）半导体，在P型和N型半导体的交界面就会形成PN结，而PN结就是构成各种半导体器件的基础。 其中，图a所示的是一块晶片，两边分别形成P型和N型半导体。为便于理解，图中P区仅画出空穴（多数载流子）和得到一个电子的三价杂质负离子，N区仅画出自由电子（多数载流子）和失去一个电子的五价杂质正离子。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。 1.1.4 PN结的单向导电性 PN结具有单向导电的特性，这也是由其构成的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，扩散与漂移运动的平衡被破坏。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，同时N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷，于是空间电荷区变窄，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。 如果在PN结上加反向电压，外电场与内电场的方向一致，扩散与漂移运动的平衡同样被破坏。外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走，于是空间电荷区变宽，内电场增强