第1章 半导体二极管和晶体管a.ppt

第1章 常用半导体器件 第1章 常用半导体器件 1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 场效应管 1.5 集成电路中的元器件 1.1 半导体的基本知识 半导体之所以得到广泛的应用，是因为它具有热敏性、光敏性、掺杂性等特殊性能。 1.1.1本征半导体 本征半导体：化学成分纯净、结构完整的半导体。它在 物理结构上呈单晶体形态。 典型的元素半导体有硅Si和锗Ge ，此外，还有化合物 半导体砷化镓GaAs等。半导体硅和锗都是4价元素。其 原子结构和晶体结构如图1.1.1所示。 本征半导体晶体结构示意图如下图所示。由图可见，各原子间整齐而有规则地排列着，使每个原子的4个价电子不仅受所属原子核的吸引，而且还受相邻4个原子核的吸引，每一个价电子都为相邻原子核所共用，形成了稳定的共价键结构。 N型半导体 (Negative) 齐纳击穿：高掺杂，耗尽层窄，低反向（击穿）电压， 激发价电子（拉出），产生电子空穴对， 反电流增大。 雪崩击穿：低掺杂，耗尽层宽，高反向（击穿）电压， 碰撞价电子（撞出），产生电子空穴对， 多次重复，反向电流增大。 1）正向特性（处于第一象限） 0A段：称为“死区”。 ＡＢ段：称为正向导通区。 2）反向特性（处于第三象限） 0Ｄ段：称为反向截止区。这时二极管呈现很高的电阻，在电路中相当于一个断开的开关，呈截止状态。 ＤＥ段：称为反向击穿区。当反向电压增加到一定值时，反向电流急剧加大，这种现象称为反向击穿。发生击穿时所加的电压称为反向击穿电压，记做ＵBR。这时电压的微小变化会引起电流很大的变化。同样，若对反向击穿后的电流不加以限制，ＰＮ结也会因过热而烧坏，这种情况称为热击穿。 2. 温度特性 温度对二极管伏安特性的影响如图所示。 (3)当温度升高时，反向击穿电压减小。击穿现象是由于大的反向电流使少数载流子获得很大的动能，当它与ＰＮ结内的原子发生碰撞时，产生了很多的电子—空穴对，使ＰＮ结内载流子数目急剧增加，并在反向电压作用下形成很大的反向电流。因此温度升高时，反向击穿电压减小。 综上所述，温度升高时，二极管的导通压降ＵF降低，反向击穿电压UBR减小，反向饱和电流IS增大。 1.2.3 半导体二极管的主要参数 二极管的参数是定量描述二极管性能的质量指标，只有正确理解这些参数的意义，才能合理、正确地使用二极管。 1. 最大整流电流IF 最大整流电流是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。因为电流通过ＰＮ结时要引起管子发热。电流太大，发热量超过限度，就会使ＰＮ结烧坏。例如２ＡＰ１最大整流电流为１６mA。 2. 反向击穿电压UBR和最高反向工作电压UR 反向击穿电压是指反向击穿时的电压值。击穿时，反向电流剧增，使二极管的单向导电性被破坏，甚至会因过热而烧坏。一般手册上给出的最高反向工作电压UR约为击穿电压的一半，以确保管子安全工作。例如2AP1最高反向工作电压规定为20V，而实际反向击穿电压可大于40V。 3. 反向电流IR 在室温下，二极管未击穿时的反向电压对应的反向电流值称为反向电流。该电流越小，管子的单向导电性能就越好。由于温度升高，反向电流会急剧增加，因而在使用二极管时要注意环境温度的影响。  （1）稳定电压UZ是指在规定的测试电流下，稳压管工作在击穿区时的稳定电压。由于制造工艺的原因，同一型号的稳压管的UZ分散性很大。 （2）稳定电流IZ是指稳压管在稳定电压时的工作电流，其范围在IZmin～IZmax之间。 （3）最小稳定电流IZmin是指稳压管进入反向击穿区时的转折点电流。 （4）小信号模型 二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。 即 根据 得Q点处的微变电导 则 常温下（T=300K） 图1.3.9 二极