半导体基本器.doc

第二章 半导体基本器件第一节 半导体二极管一、半导体基本知识1、半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，通称半导体如：硅、锗以及大多数金属氧化物和硫化物等纯净半导体具有以下特殊性能：①热敏性——温度升高时，半导体的导电能力明显增强因此，可用来制成热敏元件，如：温度传感器、控制电饭煲的热敏元件等②光敏性——受光线照射时，半导体的导电能力大为增强因此，可用来制成光敏元件，如：发光管、受光管等③掺杂性——掺入微量杂质，其导电能力提高几十万乃至几百万倍因此可用来制成半导体器件2．本征半导体（纯净半导体）由单一元素组成，并具有晶体结构的半导体，称为本征半导体本征半导体在一定温度下，原子最外层的电子受热激发成为“自由电子（-）”，并留下“空穴（+）”在外电场作用下，自由电子与空穴向相反方向运动形成电流自由电子与空穴通称“载流子”半导体受激发成对形成自由电子和空穴的同时，一部分空穴捕获自由电子，称为复合常温下激发与复合动态平衡时，载流子较少，导电能力很差温度越高，载流子越多，导电能力越强3．掺杂半导体（型和半导体）+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子N型半导体在本征半导体中掺入微量其它元素，形成两大类杂质半导体。

一类是型半导体；另一类是型半导体 （1）型半导体 在单晶硅或单晶锗中掺入少量价磷原子磷原子的最外层个价电子与相邻原子形成共价键；另一个价电子受原子束缚很小，很容易激发成自由电子 在这种杂质半导体中，多数载流子为自由电子（-），少数载流子为空穴（+），故称为电子型半导体或称型半导体 自由电子导电是型半导体的主要导电形式4+4+4+4+4+4+4+4+3空穴P型半导体 （2）型半导体 在单晶硅或单晶锗中掺入少量价硼原子硼原子的最外层个价电子与相邻原子形成共价键；缺一个价电子形成空穴（+）在这种杂质半导体中，多数载流子为空穴（+），少数载流子为自由电子（-），故称为空穴型半导体或称型半导体 空穴导电是型半导体的主要导电形式P区N区空间电荷区内电场注意：虽然在杂质半导体中，型半导体多数载流子为自由电子（-），型半导体多数载流子为空穴（+），但是，从宏观看杂质半导体依然是电中性的4、结的形成在一块纯净的半导体晶片上，采用特殊工艺方法，向两边分别掺入不同的杂质，便形成型和型半导体扩散与复合案例一：水中加糖 说明扩散与复合的概念强调：形成扩散的原因——浓度差在界面上区空穴（+）向区扩散，留下负离子；区自由电子（-）向区扩散，留下正离子。

两种半导体的界面上形成的空间电荷区，称为结空间电荷区的正、负离子便产生内电场，由区指向区强调：内电场的两个作用，阻挡多子扩散和推动少子漂移多数载流子的扩散运动，形成扩散电流在内电场作用下，少数载流子的漂移运动，形成漂移电流扩散电流等于漂移电流时，达到动态平衡，净电流为零此时，空间电荷区内可移动的载流子很少，呈现高电阻率5、结的单向导电性如图，当区外接电源正极，区外接电源负极时（正向偏置），多数载流子扩散运动加强，空间电荷区变窄，内电场削弱，形成正向电流正向电压越高，正向电流越大，结处于低阻状态，称为“导通”如图，当区外接电源正极，区外接电源负极时（反向偏置），内电场增强，空间电荷区变宽，扩散电流被削弱，漂移电流加强，形成反向电流反向电流是少数载流子的移动，反向电流很小结处于高阻状态，称为“截止”RPNI空间电荷区变宽PN结反向偏置++++++++------------+++++-RPNI空间电荷区变窄PN结正向偏置结加正压时导通，加反压时截止，称结的单向导电性二、二极管的符号及其主要参数1、结构在一个结的两端各接出电极引线，加上管壳密封，就构成是半导体二极管P N外壳(阴极)(阳极)阳极引线阴极引线+ -图1.7 2、类型 ①按工艺分： 点接触型：二极管（锗管）所能通过的电流较小，承受反向电压较低，但其极间电容很小，高频性能较好。

这类二极管主要用于高频电路，小功率场合以及作为数字电路中的开关元件 面接触型：二极管（硅管）所能通过的电流较大，承受反向电压较高，但其极间电容很大，高频性能很差这类二极管主要用于低频电路、整流电路②按用途分：整流、检波、稳压、光电、开关等等图1.8 二极管符号VD(阴极)+ -③按材料分：硅管 多为面接触型；锗管 多为点接触型3、二极管的符号4、二极管的伏安特性 二极管的伏安特性曲线描述了结两端电压与流过结电流之间的关系即反映电压和电流相互关系的图形曲线0图1.9 二极管的伏安特性曲线 ①正向导通当加正向电压较小时，结仍处于截止状态，电流几乎为零当正向电压大于导通电压（开启电压）时，电流随电压增大而明显增大②反向截止当加反向电压时，结处于截止状态，反向电流很小当反向电压大于击穿电压时，急剧增加，损坏结工程上，通常取锗管硅管二极管的特性与其工作环境的温度有很大关系在室温附近，温度每升高℃，反向电流约增加一倍，二极管将失去单向导电的特性5、二极管的主要参数 ①最 大 整 流 电 流——二极管长期工作所允许流过的最大正向平均电流 ②最高反向工作电压——允许施加在二极管两端的最大反向电压，通常规定为反向击穿的一半。

③反 向 电 流——二极管未击穿时的反向电流值室温时，在规定的反向电压下，测出的反向电流约几十纳安（安），但受温度影响大 ④最高工作频率——是工作频率的上限值当电路的工作频率超过时，二极管失去单向导电性⑤反向恢复时间——是二极管作开关应用时，由导通状态变为截止状态所经历的时间约几纳秒二极管由截止状态变为导通状态经历的时间比小在实际应用中，二极管的有关参数是通过查器件手册获得的6、稳压二极管 稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，它和普通二极管的区别是：①制造工艺不同，它的击穿电压低，反向击穿电流大；②工作环境不同，它工作在反向击穿区稳压二极管符号和伏安特性曲线如下图所示0（a）伏安特性曲线 (b)符号图1.21 稳压二极管的伏安特性曲线和符号↑↓→ ←— ↓+-由图可见，当反向电流在很大的范围内变化时，其端电压的变化却很小，因而具有稳压作用 工作时稳压二极管的负极必须接高电位端2、稳压二极管的主要参数①稳定电压 指流过规定电流时稳压二极管两端的反向电压值；②稳定电流 是稳压二极管稳压工作时所对应的电流值，当工作电流低于时，稳压效果边差，当工作电流低于时，将失去稳压作用；③最大耗散功率和最大工作电流 和是为了保证管子不被热击穿而规定的极限参数，由管子允许的最高结温决定，。

通常：时，具有负温度系数，即温度上升，下降； 时，具有正温度系数，即温度上升，上升； 时，稳压效果最好7、发光二极管 发光二极管的简称为，发光二极管通常用化学元素周期表中Ⅲ，Ⅴ族元素的化合物如砷化镓、磷化镓等制成图1.23 发光二极管电路R+-其特点是：这种二极管通以正向电流时，其内部电子和空穴在复合时，以可见光的形式释放能量采用不同的材料，可发出红、橙、黄、绿、蓝等颜色的可见光发光二极管的伏安特性与普通二极管相似，但它的正向导通电压要大于，同时发光的亮度随通过的正向电流增大而增强，工作电流一般为几毫安到几十毫安，典型值为左右为能稳定可靠地工作，其反向击穿电压应在以下发光二极管常用来作显示器件，除单个使用外，特可做成七段或矩阵列显示器8、光电二极管 光电二极管的结构与普通二极管类似，使用时，光电二极管的结工作在反向偏置状态其特点是：它的反向电流随光照强度的增加而上升，即它的反向电流与光的照度图1.24 光电二极管符号成正比灵敏度的典型值为（勒克斯为照度的单位）数量级 光电二极管可用来测量光的强度，大面积的光电二极管可用来作能源，即光电池9、隧道二极管隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半导体二极管，其优点是开关特性好，速度快、工作频率高；缺点是热稳定性较差。

一般应用于某些开关电路或高频振荡等电路中五、变容二极管变容二极管的作用变容二极管是利用PN结之间电容可变的原理制成的半导体器件，在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用 第二节 半导体三极管一、 半导体三极管的基本结构和符号1、 三极管的基本结构⑴、结构 双极型三极管是通过一定的工艺方法，使两个背靠背，共用一个中性区而构成的由于结之间的相互影响，使晶体三极管具有放大作用，从而使得结的应用发生了质的变化结构特点： ①基区： 最薄，掺杂最少，多子浓度最低； 作用： 传递和控制载流子②射区： 掺杂最多，多子浓度最大； 作用： 发射多子③集区： 掺杂较多，多子浓度较大； 作用： 收集载流子④集电区的截面积大于发射区的截面积⑵、类型 ①按材料分：硅、锗；②按管芯结构分：平面型——硅管居多，合金型——锗管居多；③按结构形式分：型——硅管居多， 型——锗管居多；④按频率范围分：高频、低频；⑤按功率大小分：大、中、小2、符号bceNPN型bcePNP型二．三极管的电流放大原理1．三极管放大时必须具备的外部条件型 ；型 2、三极管内部载流子的传输过程 ①发射区向基区发射电子的过程： 因，结在正向电压的作用下，扩散运动增强，发射区的多子（自由电子）不断向基区扩散，并不断由电源得到补充，形成发射极电流；②电子在基区的扩散和复合过程： 由于基区很薄且掺杂浓度最低，因此由发射区不断扩散够来的多子（自由电子）仅有很少部分与基区的空穴复合，形成基极电流；③电子被集电区收集的过程： 由于基区很薄且掺杂浓度最低），且仅有很少部分的电子被基区的空穴复合掉，而绝大多数的电子都能扩散到集电结的边缘，由于集电结反偏，对基区扩散来的电子有很强的。