电子技术电工学II武丽第1章节半导体器件的基本知识.ppt

第1章 半导体器件的基本知识 1.1 半导体基本知识 1.2 PN结 1.3 二极管 1.4 特殊二极管 1.5 双极型晶体管 1.6 场效应晶体管 1.1 半导体基本知识 自然界的物质根据导电能力(电阻率)的不同分为导体、绝缘体和半导体三大类。半导体除了在导电能力方面与导体、绝缘体不同，还具有独特的性能。 1．热敏性 当环境温度增高时，半导体的导电能力会增强的性质称为热敏性。利用半导体的热敏性可以做成各种半导体热敏电阻。 2．光敏性 当半导体受到光照时，它们的导电能力会增强性质称为光敏性。利用半导体的光敏性可做成各种半导体光敏电阻。 3．杂敏性 在纯净的半导体中掺入某种特定的微量元素，纯净的半导体导电能力可以增加几十万乃至几百万倍的性质称为杂敏性。利用半导体的杂敏性可做成各种不同用途的电子器件，如二极管、双极型晶体管、场效应晶体管、晶闸管等。 1.1.1 本征半导体及其导电特性 本征半导体是完全纯净、晶体结构完整的半导体。在本征半导体的晶体结构中，每个原子与相邻的4个原子结合，每一个原子的价电子与另一个原子的价电子组成一个电子对，这对价电子是两个相邻原子共有的，它们把相邻原子结合在一起形成共价键结构。 1.1.2 杂质半导体 1.1.2 杂质半导体 1.1.2 杂质半导体 1.1.2 杂质半导体 1.2 PN结 1.2.2 PN结的单向导电性 1.2.2 PN结的单向导电性 1.2.2 PN结的单向导电性 1.2.2 PN结的单向导电性 1.3 二极管 PN结外加上引线和封装就成为一个二极管，二极管结构示意图及图形符号如图1-10所示，P区的一端称为阳极，N区的一端称为阴极。图1-10b所示图形符号中箭头指向为正向导通时的电流方向。 1.3 二极管 1.4 特殊二极管 1.4.1 稳压二极管 1.4.1 稳压二极管 1.4.2 光敏二极管 光敏二极管也是一种特殊二极管。在电路中它一般处于反向工作状态，当没有光照射时，其反向电阻很大，PN结流过的反向电流很小，当光线照射在PN结上时在PN结及其附近产生电子空穴对，电子和空穴在PN结的内电场作用下作定向运动，形成光电流。如果光的照度发生改变，电子空穴对的浓度也相应改变，光电流强度也随之改变。可见光敏二极管能将光信号转变为电信号输出。 1.4.2 光敏二极管 1.4.3 发光二极管 1.5 双极型晶体管 双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT），简称晶体管，它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件。由于PN结之间相互影响，BJT表现出不同于单个PN结的特性，具有电流放大作用，使PN结的应用发生了质的飞跃。 1.5.1 双极型晶体管的基本结构 1.5.2 双极型晶体管的电流分配与放大原理 1.5.3 晶体管的特性曲线 1.5.3 晶体管的特性曲线 （1）截止区 图1-23中IB=0的曲线与横轴所夹区域即为截止区。工作在截止区的晶体管其基极电流为零，集电极电流仅为集电极反向电流ICBO，其值也接近于零，管子处于截止状态。 （2）饱和区 图1-23中从坐标原点开始至曲线渐成平坦部分为止所夹区域，即虚线与纵轴所夹部分为饱和区。工作在该区域的晶体管集电极与发射极之间的电位差很小（硅管≤1V），基极电流的改变不再影响集电极电流。此时，发射结和集电结均正偏，基极电流失去了对集电极电流的控制作用。管子刚进入饱和状态时的基极电流叫做临界饱和基极电流。 （3）放大区 图1-23中曲线与曲线之间近似平行且间隔几乎相同的区域即为放大区。工作在该区域的晶体管集电极与发射极之间的电位差一般大于1V（硅管），发射结正偏，集电结反偏。曲线平行且间隔相等，，放大区也称为线性区。 1.6 场效应晶体管 场效应晶体管（Field Effect Transistor简称FET）是一种电压控制器件，工作时只有一种载流子参与导电，为单极型器件。FET具有制造工艺简单、功耗小、温度特性好和输入电阻极高等优点，得到广泛的应用。 1.6 场效应晶体管 场效应晶体管根据结构不同可分为两大类：结型场效应晶体管（JFET）和绝缘栅型场效应晶体管（MOSFET简称MOS管）。场效应晶体管的分类如图所示。 1.6.1 绝缘栅场效应晶体管 绝缘栅场效应晶体管即金属-氧化物-半导体场效应晶体管，英文缩写为MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，具有很高的输入电阻（最高可达1015Ω）。在MOSFET中，从导电载流子的带电极性来看，有N