1、第7章 常用半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件工作原理學(xué)習(xí)要點(diǎn)17.1 半導(dǎo)體二極管7.2 半導(dǎo)體三極管第7章 常用半導(dǎo)體器件27.1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體器件是用半導(dǎo)體材料制成的電子器件。常用的半導(dǎo)體器件有二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成各種電子電路最基本的元件。7.1.1 PN結(jié)半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)。硅和鍺是4價(jià)元素，原子的最外層軌道上有4個(gè)價(jià)電子。3熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴室溫下，由于熱運(yùn)動(dòng)少數(shù)價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位這個(gè)空位稱(chēng)為空穴。失去價(jià)電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。在電子技術(shù)中，將

2、空穴看成帶正電荷的載流子。每個(gè)原子周?chē)兴膫€(gè)相鄰的原子，原子之間通過(guò)共價(jià)鍵緊密結(jié)合在一起。兩個(gè)相鄰原子共用一對(duì)電子。1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征4空穴運(yùn)動(dòng)（與自由電子的運(yùn)動(dòng)不同）有了空穴，鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)電子很容易過(guò)來(lái)填補(bǔ)這個(gè)空穴，這樣空穴便轉(zhuǎn)移到鄰近共價(jià)鍵中。新的空穴又會(huì)被鄰近的價(jià)電子填補(bǔ)。帶負(fù)電荷的價(jià)電子依次填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)，從效果上看，相當(dāng)于帶正電荷的空穴作相反方向的運(yùn)動(dòng)。本征半導(dǎo)體中有兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子和帶正電荷的空穴熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，電子和空穴又可能重新結(jié)合而成對(duì)消失，稱(chēng)為復(fù)合。在一定溫度下自由電子和空穴維持一定的濃度。5在純凈半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，其導(dǎo)電能

3、力將大大增強(qiáng)。在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等5價(jià)元素，由于這類(lèi)元素的原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中，由于存在多余的價(jià)電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱(chēng)為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體自由電子 多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)多子）空 穴少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)少子）6P型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價(jià)元素，由于這類(lèi)元素的原子最外層只有3個(gè)價(jià)電子，故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中，由于缺少價(jià)電子而形成大量空穴，這類(lèi)摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由

4、電子是少數(shù)載流子。自由電子 多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)多子）空 穴少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)少子）7無(wú)論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。少數(shù)載流子是熱激發(fā)而產(chǎn)生的，其數(shù)量的多少?zèng)Q定于溫度。82PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)的形成半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。載流子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因?yàn)闈舛炔睿d流子將會(huì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個(gè)特殊的薄層 PN結(jié)。9 多子擴(kuò)

5、散 形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng) 少子漂移促使阻止 擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)10外加正向電壓（也叫正向偏置）外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)削弱，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大大超過(guò)漂移運(yùn)動(dòng)，N區(qū)電子不斷擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴(kuò)散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時(shí)稱(chēng)PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1外加反向電壓（也叫反向偏置）外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，多子擴(kuò)散難以進(jìn)行，少子在電場(chǎng)作用下形成反向電流 IR，因?yàn)槭巧僮悠七\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的， IR很小，這時(shí)稱(chēng)PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。127.1.2 半導(dǎo)體二極管一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線(xiàn)并用管殼封裝起來(lái)，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)二極管。 半

6、導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類(lèi)。 點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件。 面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，多用在低頻整流電路中。1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)132半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線(xiàn)（1）正向特性外加正向電壓較小時(shí)，外電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。外加反向電壓時(shí)， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流 很小。 反向電壓大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加。（2）反向特性143半導(dǎo)體二極管的主

7、要參數(shù)1）最大整流電流IF：指管子長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流。2）反向擊穿電壓UB：指管子反向擊穿時(shí)的電壓值。3）最大反向工作電壓UDRM：二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最大反向電壓（約為UB 的一半）。4）反向電流IR：指管子未擊穿時(shí)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩?）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。理想二極管：正向電阻為零，正向?qū)〞r(shí)為短路特性，正向壓降忽略不計(jì)；反向電阻為無(wú)窮大，反向截止時(shí)為開(kāi)路特性，反向漏電流忽略不計(jì)。157.1.3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只

8、引起很小的電壓變化。穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓UZ。反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ。工作電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的電流。（3）動(dòng)態(tài)電阻rZ。穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比。即：rZ=UZ/IZ（4）額定功率PZ和最大穩(wěn)定電流IZM。額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。最大穩(wěn)定電流IZM是指穩(wěn)壓管允許通過(guò)的最大電流。它們之間的關(guān)系是： PZ=UZIZM167.2 半導(dǎo)體三極管7.2.1 三極管的結(jié)構(gòu)及類(lèi)型半導(dǎo)體三極管是由兩個(gè)背靠背的PN結(jié)構(gòu)成的。在工作過(guò)程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導(dǎo)電，故又稱(chēng)為雙極型晶體管，簡(jiǎn)稱(chēng)晶體管或三極管。 兩個(gè)

9、PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個(gè)區(qū)域。這三個(gè)區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三極管有兩種類(lèi)型：NPN型和PNP型。17NPN型PNP型箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時(shí)的電流方向187.2.2 電流分配和電流放大作用（1）產(chǎn)生放大作用的條件 內(nèi)部：a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度基區(qū)集電區(qū) b）基區(qū)很薄 外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏（2）三極管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流 iEb）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合，形成基極電流 iBc）集電區(qū)收集擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子，形成集電極電流 iC（3）電流分配關(guān)系： iE = iC + iB 19實(shí)驗(yàn)表明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有。IB雖然很小，但對(duì)IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對(duì)集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。7.2.3 三極管的特性曲線(xiàn)1輸入特性曲線(xiàn)與二極管類(lèi)似202輸出特性曲線(xiàn)（1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置（2）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置 （3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置 此時(shí) 217.2.4 三極管的主要參數(shù)1、