测控技术与仪器专业英语 习题答案 作者 张凤登 unit-5-基本半导体器件-参考译文及练习答案

·18· UNIT 5 基本半导体器件基本半导体器件 参考译文参考译文 5.1 半导体二极管半导体二极管 我们知道，某些材料（导体）很容易导电，而另一些材料（绝缘体）则不易导电。介 于两种极端情况之间是另一些既不是好的导体也不是好的绝缘体的材料， 象硅、 锗那样的材 料有介于导体和绝缘体之间的特性。 硅和锗是种电特性容易在制造过程中被改变的晶体材料。被称为杂质的元素被加入纯 的硅或锗中而形成 N 型或 P 型材料。这些材料被用于不同的组合中以形成许多类型的半导 体，例如，二极管、晶体管、可控硅整流器、三端双向可控硅和二端交流开关。N 型材料拥 有大量的不以共价键连接的电子或负电荷载流子， P 型材料拥有过量的不以共价键连接的正 电荷载流子或空穴。通过控制加入硅中的杂质，上述情况就会改变。 最基本的半导体器件是二极管，它能完成整流的功能。二极管仅是由相邻的 P 型和 N 型材料制成的一个 PN 结器件， 如图 5-1(A)所示， 这种由相邻 P 型和 N 型材料形成的结允许 电流单向导通，但反向时，则对电流产生高阻抗。这种器件被称为结型二极管。 在没外接电压时，PN 结型二极管中的载流子处于平衡状态。由于温度的影响，一些电 子也可能从 N 型区穿过 PN 结到 P 型区，同样一些空穴也会从 P 型区扩散到 N 型区。扩散 发生后，两个区之间的势垒形成，从而阻止载流子进一步运动，二极管处于平衡状态。 在电子系统的电源中，二极管和交流电源相连。和二极管每端相连的电势的瞬间极性 决定了由二极管完成的功能。 为了更好观察整流器的工作， 一个简单的直流电路和二极管连 接。图 5-2 表明，一个电池作为电源，电阻器作为负载，电池的极性使二极管偏置。 当电池正极连 P 型材料，负极接 N 型材料时，二极管称为正向偏置。正向偏置时，如 图 5-2(A)所示， 就产生了低电阻的 PN 结。 低电阻结允许 N 型材料中的电子迁移到 P 型材料， 因为电子受到电池正极的吸引。同样，空穴以相反方向迁移到 N 区，因为空穴受到电池负 极的吸引。当二极管正向偏置时，电子和空穴的不断运动就形成了电流。 如果我们将电池极性反向，如图 5-2(B)所示，二极管称为反向偏置。N 型材料中的电子 被电池的正极从结区吸引开， 而空穴也被电池的负极从结区吸引开。 在结区附近形成一个阻 挡载流子运动的势垒。只有难以测量的很微弱的电流在反向偏置条件下流动。因为 PN 型二 极管在正向偏置时导通，反向偏置时不导通，它就显示出整流器的特性。 ·19· 5.2 双极型晶体管双极型晶体管及其组态及其组态 说到“晶体管”这个词，我们通常用字母表明它的类型。即 NPN 和 PNP 两种类型的双 极型晶体管。 字母用来说明做成管子所用的半导体材料的极性。 材料的极性取决于器件制造 时，掺入硅或锗的杂质的类型。 PNP 型晶体管的二片 P 型材料之间有一层很薄的 N 型材料，图 5-3 画出了 PNP 型晶体 管的表示符号以及它的晶体结构。 连在每片材料上的引出脚分别称为发射极、 基极和集电极。 在符号中，当发射极的箭头指向基极方向，则表明是 PNP 型。使用晶体管时，分清引脚是 十分重要的。 NPN 型晶体管的二片 N 型材料中夹着一层很薄的 P 型材料，图示符号、晶体结构和引 线的表示见图 5-4。除了箭头的指向外，元件的符号和 PNP 晶体管相同。NPN 型晶体管的 箭头指向背离基极的方向。作用于每个元件的电源电压的极性由元件所用的材料决定。 PNP 型和 NPN 型晶体管都被认为是双极型器件。 “双极型”指的是由空穴和电子导电， 电子是 N 型材料的多数载流子，空穴是 P 型材料的多数载流子。晶体管的导通是建立在二 种载流子运动的基础上。双极型就表明这种导电情况。 每种类型的双极型晶体管都有三个管脚，一个为发射极（E） ，另一个是基极（B） ，第 三个为集电极（C） 。当晶体管用于放大器，输入信号加在一对管脚，输出信号取自另外一 对。我们可假定基极对于输入和输出都是共同的。这种放大器称为共基极放大器。 然而，共基极放大器不是唯一的接法。另一种形式是，输入信号仍作用在射级和基极 之间，但输出信号不是取自如上所述的集电极和基极，而是取自集电极和发射极，这种放大 器称为共射级放大器。 第三种可能的接法用得较少，这种电路输入信号加在基极和集电极之间，输出信号产 生于集电极和发射极，这就是共集电极电路。在应用中，不同接法的选择取决于对放大器性 能的要求。 5.3 V-MOS 场效应晶体管场效应晶体管 一种新一代的场效应晶体管正在进入固态有源器件技术阶段，这类器件主要用于替代 双极型功率晶体管， 功率场效应管当今被用于电源和固态开关装置。 这类装置统称为 V-MOS 场效应管或 V-MOS，V 符号来自于 MOS 技术的垂直沟道。器件的基底上刻蚀一条 V 型沟 道。这种结构比水平集成器件需要空间较小。V-MOS 器件的结构较有利于散热和在沟道区 采用高密度材料。V-MOSFET 的开关速度快，通道电阻较低。 图 5-5 是 N 通道 V-MOS 晶体管的晶体结构的剖面图，它还表示了元件各部分名称、图 示符号。注意 V 形沟道是刻蚀在器件的表面，从上面看，V 型切口穿透 N+、P 和 N-层，并 接近 N+基底。两个 N+层掺杂浓度较高，N-层掺杂浓度较低，一薄层二氧化硅覆盖在水平 表面和 V 沟道，一层金属膜沉淀在沟道顶部作为栅极，栅极和沟道之间是绝缘的，在沟道 ·20· 两边的源极的引线是从内部连接的，底层 N+材料作为结合的基底和漏极，载流子在源极和 漏极之间垂直移动。 V-MOS 晶体管属于增强型的 MOSFET 的一种。直到栅极激励后，源极和漏极区才存在 载流子，象图 5-5 所示的 N 通道器件，直到栅极电压高于源极电压时，才会导通。这时， 在靠近沟道的两个 N+区之间的 N 通道受诱导，载流子通过垂直通道自源极流到漏极。当 N 型器件的栅极电压为负时，不存在通道，载流子停止流动。 如今，P 通道 V-MOSFET 也可用于工业系统。P 通道器件的载流子是空穴。在一般情 况下，空穴流动的流动性低于电子流动。这些器件也不能对高频交流做出响应。但是，运行 的主要特征和理论与 N 通道的器件非常相似。差异只存在于电压的极性和载流子的流动。 作为一项规则，当今制造的 V-MOSFET，N 通道器件种类更多。工业应用更倾向于 N 通道 器件，远超 P 通道部件。 练习答案练习答案 1. Answer the following questions. (1) The materials between the ones that conduct electrical current easily and the ones that dont conduct electrical current are semiconductors. For example, silicon, germanium. (2) They have characteristics between those of conductors and insulators. (3) A p-type material posses excess of positive charge carriers or holes. (4) A diode is a pn junction. It performs the function of rectification. (5) It is possible that, due to temperature, some electrons will cross the junction from the n-type region to the p-type region. Likewise, some holes will diffuse from the p-type region to the n-type region. After this diffusion has taken place, an electrical barrier is developed between the two regions. Thus the further movement of charge carrier is prohibited and the diode is in a state of equilibrium. (6) The instantaneous polarity of the potential connected to each terminal of the diode determines the action performed by the diode. (7) The polarity of the battery is used to bias the diode. (8) Because they are attracted by the positive terminal of the battery. (9) The continuous movement of electrons and holes makes up an electrical current when a diode is forward biased. (10) No, it doesn't. Because there is an electrical barrier that blocks the movement of charge carriers in the area near the junction. ·21· 2. Select the best choices to complete the sentences. (1) B. crosses (2) C. is reverse biased (3) A. blocking (4) C. performed (5) D. diffused （译文：二极管制造的新技术已经在全球范围内迅速传播。 ） (6) B. determined (7) D. flows (8) C. exceeded 3. Select the best choices to complete the article. (1) B. available (2) D. electrical (3) B. rectification (4) C. was largely achieved (5) A. By (6) C. inefficient (7) C. as (8) A. can be used (9) D. either (10) B. As a rule