“计算机电路基础”第五章：半导体器件.pptVIP

第五章 半导体器件;教学提示： 半导体器件是构成电子线路的基本单元， 掌握半导体器件的基本特性是分析电子线路的基础。 本章首先讨论半导体的特性，然后分别介绍PN结、二极管、三极管、场效应管(和晶闸管)的基本知识。 教学目的： 1.了解P型半导体、N型半导体以及PN结的特性； 2. 掌握半导体二极管、三极管和场效应管工作原理、 伏安特性和主要参数； 3. 了解其它类型的半导体器件。;主要内容; 5.1 半导体与PN结 ;4.本征激发: 温度或外界光照影响下，价电子电子得到能量，其中少数 能量较大的价电子可以摆脱共价键的束缚而形成自由电子,这种现象称为本征激发 5.电子－空穴对: 价电子脱离了共价键束缚后，在原共 价键中缺少一个应有的电子而留下了 “空穴”，形成电子－空穴对. “空穴”因失去电子而形成的， 被视为带单位正电荷. 6.复合: 带正电荷的空穴，会吸引相邻原子上的价电子来填补(复合)，而在这个价电子的原来地方留下新的空穴。 ; 7.载流子 空穴(+)和电子(-)都是带电的粒子，称为载流子. 空穴和电子的运动是杂乱无章的, 在本征半导体中不构成电流。 8.激发和复合的动态平衡: 在外界环境影响下，电子和空穴的激发和复合是同时 进行的，并保持动态平衡，使电子－空穴的浓度保持不变。 随着温度的升高，本征激发会提高电子－空穴对浓度。 5.1.2 P型半导体和N型半导体 本征半导体中空穴(+)和电子(-)是等量的而且很少. 在本征半导体中掺入微量的其它(杂质)元素,掺杂后的半导体 --- 杂质半导体。 掺杂的元素不同，P型(杂质)半导体和N(杂质)型半导体。 ;1.N型半导体 ; N型半导体简化结构 ;２．P型半导体;5.1.3 PN结;3).飘移运动: 由正、负离子组成的空间电荷区,其电场是由N区去指向P区， 即PN结的内电场。 (见上页图) 内电场力阻碍多子的扩散，有利于双方少子向对方运动(飘移 运动)。飘移运动所形成的电流称为飘移电流。 4)动态平衡 少子的飘移运动(复合对方的离子)会使空间电荷区变窄， 消弱了内电场。使内电场力减小，又有利于扩散的进行。 扩散 → 空间电荷区 → 内电场力 → 飘移运动 →消弱了内电场 ;(1).PN结正向偏置:如图 --- P区接电源的正极， N区接电源的负极. 外电场消弱了内电场，使PN结 变窄，破坏了原动态平衡，多子的 扩散大于少子的飘移，外电路可测 到一个正向电流I，此时称为PN结导通 . PN结呈现为低电阻. ; (2).PN结反向偏置 : 如图 --- P区接电源的负极， N区接电源的正极 . 外电场增强了内电场， 使PN结变宽，破坏了原有的 动态平衡，加强子的飘移运动。 少子的数量很少.因此，少子的 飘移运动产生的电流很小， 可忽略不计，此时称为PN结截止。 PN结呈现出高电阻。 (3).单向导通特性 PN结正向偏置，PN结呈现低阻，正向导通； PN结反向偏置，PN结呈现高阻，反向截止。 --- PN结重要的单向导通特性。 ;5.2 半导体二极管;5.2.2 伏安特性; 3.反向特性: 1).反向截止状态 : 二极管加反偏置电压时，只有少数载流子的飘移运动产生微 小的反向电流，称为反向饱和电流 -- 二极管反向截止。 2).反向击穿状态: 当反向电压加大到某一数值时，反向电流将会急剧增加， --- 称为反向击穿，该反向电压称为反向击穿电压Ubr。 这时，二极管失去单向导电的特性。 5.2.3 主要参数 1.最大整流电流 --- 最大正向平均电流 . 2.最高反向工作电压 --二极管加反向电压时不被击穿 的极限参数。 3.最大的反向电流--- 单向导电性能好坏的指标. ;5.2.4. 稳压二极管;5.3 半导体三