电工学行小帅第8章节半导体器件及特性MicrosoftPowerPoint演示文稿.ppt

第8章 半导体器件及特性 8.1 半导体基础知识 8.2 晶体二极管 8.3晶体管 8.4 场效应晶体管 8.5 晶闸管 本章要求 8.1 半导体基础知识 物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。半导体具有掺杂性、 热敏性、 光敏性。 8.1.1 本征半导体 本征半导体是指纯净的、具有晶体结构的半导体。常用的半导体是硅和锗,它们都是四价元素，原子最外层有4个价电子。 运载电荷的粒子称为载流子。导体导电只有一种载流子，即自由电子；而本征半导体中存在着两种载流子：即带负电的自由电子和带正电的空穴，二者均参与导电。本征半导体中的电流是两个电流之和。 8.1.2 杂质半导体 1. Ｎ型半导体在本征半导体中, 掺入微量五价元素, 如磷、锑、砷等, 则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。由于杂质原子的最外层有5个价电子, 因此它与周围4个硅(锗)原子组成共价键时, 便剩下一个不配对的电子，它不受共价键的束缚, 而只受自身原子核的束缚, 因此, 它只要得到较少的能量就能成为自由电子, 并留下带正电的杂质离子, 它不能参与导电,Ｎ型半导体中, 自由电子称为多数载流子，空穴称为少数载流子。 2. P型半导体 在本征半导体中, 掺入微量三价杂质元素, 如硼、镓、铟等, 就形成了P型半导体。P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子称为少数载流子. 8.1.3 PN结 采用不同的掺杂工艺，将P型半导体和N型半导体制作在一块硅上，在它们的交界面就形成PN结。P型半导体和N型半导体交界面的两侧存在着空穴和电子的浓度差。物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差产生的运动称为扩散运动，而在电场力作用下，载流子的运动称为漂移运动。在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:因浓度差?形成多子的扩散运动?由杂质离子形成空间电荷区?空间电荷区形成内电场?内电场促使少子漂移，阻止多子扩散。最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。空间电荷区具有一定的宽度，电位差为，电流为零。平衡状态下的PN结如图所示。 PN结的单向导电特性 若将电源的正极接P区一侧, 负极接Ｎ区一侧, 则称此为正向接法或正向偏置，简称“正偏”。若将电源的正极接N区一侧, 负极接P区一侧, 则称此为反向接法或反向偏置，简称“反偏”。 ＰＮ结加正向偏置电压, 处于导通状态；加反向偏置电压, 处于截止状态, 这就是ＰＮ结的单向导电特性。 8.2 晶体二极管 8.2.1 晶体二极管的结构 把PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了晶体二极管，简称二极管。 二极管是由PN结、电极引线和管壳构成的。其结构和图形符号分别如图所示。 符号中，接到P型区的引线称为正极(或阳极)，接到N型区的引线称为负极(或阴极)。 按其结构特点可分为点接触型、面接触型和平面型三大类。 8.2.2 二极管的伏安特性 加到二极管两端的电压与流过二极管的电流之间的关系，称为二极管的伏安特性曲线。普通二极管的典型伏安特性曲线如图所示。 1. 正向特性正向电压只有超过某一数值时，才有明显的正向电流。这一电压称为开启电压，用Uon表示。正向特性在小电流时，呈现出指数变化规律，电流较大以后近似按直线上升。二极管正向导通后的管压降近似恒定，硅管为0.6~0.8V，一般取0.7V；锗管为0.1~0.2V，一般取0.2V。 2. 反向特性二极管加反向电压, 反向电流数值很小, 且基本不变, 称反向饱和电流。硅管反向饱和电流为纳安数量级, 锗管为微安数量级。这时，二极管呈现很大的反向电阻，处于截止状态。 3. 反向击穿特性 当反向电压加到一定值时, 反向电流急剧增加, 产生反向击穿。普通二极管反向击穿电压一般在几十伏以上 (高反压管可达几千伏)。通常二极管工作时，不允许工作在反向击穿状态。 8.2.3 二极管主要参数 1. 最大整流电流 2. 最大反向工作电压 3. 反向电流 4. 最高工作频率 5. 二极管的直流电阻 6. 二极管的交流电阻 8.2.4 二极管的主要应用 利用二极管的单向导电特性，可实现整流、限幅及电平选择等多种应用电路。 8.3晶体管 8.3.1 晶体管的结构及类型