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第1讲 第1章 半导体器件 1.1半导体的基础知识，P型硅，N型硅 1.2 PN结及半导体二极管 1.3 稳压二极管 1.4 半导体三极管 1.5 场效应管 1.1.1 本征半导体 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。 §1.1 半导体的基本知识 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。 在硅和锗晶体中，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。 硅和锗的共价键结构 共价键共 用电子对 +4表示除去价电子后的原子 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。 形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。 共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。 1.1.2杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。 其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。载流子：电子，空穴 N型半导体（主要载流子为电子[-]，电子半导体） P型半导体（主要载流子为空穴[+]，空穴半导体） N型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。 硅或锗 +少量磷 N型半导体 N型半导体 多余电子 磷原子 硅原子 P型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。 硅或锗 +少量硼 P型半导体 空穴 P型半导体 硼原子 硅原子 空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动 杂质半导体的示意表示法 10.2.1 PN 结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。 §1.2 PN结及半导体二极管 P型半导体 N型半导体 空间电荷区 PN结处载流子的运动 扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。 内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。 所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。 1.2.2 PN结的单向导电性 PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是： P区加正、N区加负电压。 PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区加负、N区加正电压。 PN结正向偏置 内电场减弱，使扩散加强， 扩散飘移，正向电流大 P N + _ PN结反向偏置 N P + _ 内电场加强，使扩散停止， 有少量飘移，反向电流很小 反向饱和电流 很小，A级 1.2.3 半导体二极管 (1)、基本结构 PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。 (2)、伏安特性 导通压降: 硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。 反向击穿电压U(BR) （3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD 静态工作点Q（UQ ，IQ ） （3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD 静态电阻 ：Rd=UQ/IQ （非线性） 动态电阻： rD =  UQ/  IQ 在工作点Q附近，动态电阻近似为线性，故动态电阻又称为微变等效电阻 例1：二极管：死区电压=0 .5V，正向压降 0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0 二极管半波整流 例2：二极管的应用 R RL ui uR uo 利用二极管的特性可以作半波整流和产生正负脉冲 §1.3 稳压二极管 当稳压二极管工作在反向击穿状态下,当工作电流IZ在Izmax和 Izmin之间时,其两端电压近似为常数 正向同二极管 稳定电流 稳定电压 例：稳压二极管的应用 稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电压ui=12V，限流电阻R=200  。若负载电阻变化范围为1.5 k ~4 k ，是否还能稳压？ UZW=10V ui=12V R=200  Izmax=12mA Izmin=2mA RL=2k (1.5 k