半导体器件原理简明教程.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑半导体器件原理简明教程 本文主要介绍半导体器件、二极管、三极管以及场效应管，并阐述有关基本概念及分析方法内容包括：半导体基础学问、半导体二极管及二极管的应用、稳压二极管及其稳压电路，半导体三极管与场效应管的结构分类、特性曲线等 一、半导体基础学问 自然界的物质，根据导电力量的强弱可分为导体、绝缘体和半导体三类半导体的导电力量介于导体和绝缘体之间通过肯定的工艺过程，可以将半导体制成晶体完全纯洁的、结构完整的半导体晶体称为本征半导体半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发自由电子在运动中与空穴相遇就会填补空穴，使二者同时消逝，这种现象称为复合肯定温度下，本征激发产生的自由电子和空穴对，与复合的自由电子和空穴对数目相等，达到动态平衡 在本征半导体中掺入杂质，可以形成N型半导体和P型半导体在N型半导体中，自由电子的浓度远大于空穴的浓度，因此自由电子称为多数载流子（简称多子），而其中空穴称为少数载流子（简称少子）N型半导体主要靠自由电子导电，掺入的杂质越多，自由电子的浓度就越高，导电性能也就越强在P型半导体中，空穴的浓度远大于自由电子的浓度，因此空穴称为多数载流子（简称多子），而其中自由电子称为少数载流子（简称少子）。

P型半导体主要靠空穴导电，掺入的杂质越多，空穴的浓度就越高，导电性能也就越强对于杂质半导体来说，无论是N型还是P型半导体，从总体上看，仍旧保持着电中性 在PN结中进行着两种载流子的运动：多数载流子的集中运动和少数载流子的漂移运动在无外电场和其他激发作用下，多子的集中运动和少子的漂移运动达到动态平衡 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏PN加正向电压是导通，加反向电压是截止因此PN结具有单向导电性 二、半导体二极管 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管由P区引出的电极称为阳极，由N区引出的电极称为阴极从制造材料上分，二极管可分为硅二极管和锗二极管，按结构分，二极管可分为点接触型、面接触型和平面型三大类硅管的导通电压一般为0.7V，硅管的导通电压一般为0.3V在题目有没有说明管子的类型时，一般假设为硅管 当加二极管上的正向电压较小时，正向电流小，几乎等于零只有当二极管两端电压超过某一数值Uon时，正向电流才明显增大将Uon称为死区电压死区电压与二极管的材料有关一般硅二极管的死区电压为0.5V左右，锗二极管的死区电压为0.1V左右。

当二极管加反向电压，反向电流很小，而且反向电流不再随着反向电压而增大，即达到了饱和，这个电流称为反向饱和电流，用符号IS表示 二极管具有单向导电性，加正向电压时处导通状态，加反向电压时处截止状态利用其单向导性可构成和各种整流电路，把沟通电压变成脉动的直流电压 温度上升，正向特性左移，反向特性下移；室温四周，温度每上升1℃；正向压降削减2—2.5mV；室温四周，温度每上升10℃，反向电流增大一倍 三、稳压二极管 稳压二极管工作在反向击穿区时具有稳压特性，当工作电流在稳定电流IZ与最大额定电流IZM之间时，它的端电压为稳定电压UZ 由限流电阻和稳压管可构成稳压电路当电网波动或负载变化时，利用稳压管的电流调整作用，通过限流电阻R上电压的补偿，达到稳定输出电压的目的稳压电路的输出电压就是稳压管的稳定电压，因此不行调且输出电流小 四、半导体三极管 双极型晶体管（BJT）又称半导体三极管、晶体三极管等，简称晶体管晶体管的基本结构是由两个PN结构成，按PN结的组成方式分为NPN型和PNP型两种，无论NPN还是PNP都有三个区：集电区、基区、放射区由三个区引现的电极分别称为集电极、基极、放射极。

两个PN结分别称为放射结和集电结 晶体管的结构特点：放射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于放射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低 输入特性曲线有一个开启电压硅管的开启电压为0.5V，放射结的导通电压UON为0.6~0.7V；锗管的开启电压为0.2V，放射结的导通电压UON为0.2~0.3V； 晶体管有三个工作区域：截止区、放大区和饱和区当放射结正向偏置，集电结处于反向偏置时，它工作在放大区这时，IC只受IB掌握，IC=βIB几乎与UCE的大小无关说明晶体管相当于一个输出电流IC受IB掌握的受控电流源所以晶体管是电流掌握器件三极管工作在放大区时，三个电极之间的关系为：对于NPN型，VCVBVE；对于PNP型，VCVBVE； 放射结正向偏置、集电结正向偏置时，三极管工作在饱和区此时IB再增大，IC几乎就不再增大了，晶体管失去了电流放大作用三极管工作在饱和区时，三个电极之间的关系为：对于NPN型，VBVCVE；对于PNP型，VBVCVE 放射结反向偏置、集电结反向偏置时，三极管工作在饱和区三极管工作在截止区时，三个电极之间的关系为：对于NPN型，VBVE；对于PNP型，VBVE； 晶体管的β随温度的上升将增大，温度每上升1℃，β值增大0.5%~1%，其结果是在相同的IB状况下，集电极电流IC随温度上升而增大。

ICEO是少数载流子漂移运动形成的，它与环境温度关系很大，ICEO随温度上升会急剧增加温度上升10℃，ICEO将增加一倍由于硅管的ICEO很小，所以温度对硅管的ICEO影响不大 和二极管的正向特性一样，温度上升1℃，UCE将下降2~2.5mV 五、场效应管 场效应晶体管（Field-Effect Transistor ,FET）是利用输入回路的电场效应来掌握输出回路电流的一种半导体器件由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管场效应管按结构，可分为结型和绝缘栅型两大类绝缘栅型场效应晶体管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采纳SiO2绝缘层隔离，故有绝缘栅型之称或者按其金属-氧化物-半导体的材料构成，可称其为MOS管 场效应晶体管输出特性曲线分成四个区域：可变电阻区、恒流区、击穿区、截止区 MOSFET与BJT都是半导体晶体管，MOSFET的源极、漏极、栅极分别相当于BJT的放射极、集电极、基极BJT的集电极电流IC受基极电流IB的掌握，是一种电流掌握器件；而MOSFET的漏极电流ID受栅-源电压UGS的掌握，是一种电压掌握元件但与BJT相比，MOSFET具有输入电阻大、噪声低、热稳定性好、抗辐射力量强、耗电少等优点。

这些优点使之从20世纪末60年月一诞生就广泛应用于各种电子电路中另外，MOSFET的制造工艺比较简洁，占用芯片面积小，特殊适用于制造大规模集成电路 与BJT类似，MOSFET不仅可以通过UGS掌握ID实现对信号的放大作用，而且也可以作为开关元件，通过UGS掌握其导通或推断，广泛用于开关电路和脉冲数字电路中 第 1 页 共 1 页。