半导体二极管和晶体管分解课件.pptVIP

第6章半导体二极管和晶体管

6.1半导体的基础知识根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体：容易导电的物体。如：铁、铜等绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等半导体：是导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。在一定条件下可导电。半导体的特点：①热敏性②光敏性③掺杂性典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。

6.1.1本征半导体纯净且晶格完整的半导体称为本征半导体。硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。其简化原子结构模型如下图：

本征半导体的共价键结构平面示意图

本征激发和两种载流子——自由电子和空穴?温度越高，半导体材料中产生的自由电子便越多。束缚电子脱离共价键成为自由电子后，在原来的位置留有一个空位，称此空位为空穴。这种现象叫做本征激发。?本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相同。?空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。

本征半导体中的自由载流子

在外电场的作用下，自由电子和空穴均能定向移动形成电流?电子电流：自由电子的定向移动?空穴电流：思考：空穴真的在移动吗？空穴电流是价电子定向移动

6.1.2杂质半导体(1)N型半导体(2)P型半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。

1．N型半导体?在半导体硅中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体自由电子

N型半导体的共价键结构

?N型半体中，自由子多数流子（多子），空穴少数流子（少子）。N型半体主要靠自由子

2．P型半导体在本征半导体硅中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体

P型半导体晶体的共价键结构

?P型半体中，空穴多数流子（多子），自由子少数流子（少子）。P型半体主要靠空穴

特别提示：?杂质半导体的杂质原子必须是微量的，且有用，否则将改变半导体的晶体结构?杂质半导体中，多子的浓度取决于杂质浓度，而少子浓度很低，且随温度的升高而升高?在杂质半导体中，有多子和少子之分，但整块半导体对外呈电中性

6.1.3PN结的形成及特性一、PN结的形成扩散运动多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动。载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。漂移运动当有电场作用时，半导体中的少数载流子将产生定向运动，称为漂移运动。载流子的漂移运动形成的电流称为漂移电流

P型和N型半导体交界处载流子的扩散

图6.1.7PN结的形成

若将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，则它们的交界面就形成了PN结。促使少子漂移因浓度差多子扩散形成空间电荷区阻止多子扩散

?空荷区出后，因正荷的作用，将生一个从N区指向P区的内?内的方向，会多数流子的散运起阻碍作用。同，内可推少数流子的漂移运。漂移运和散运的方向相反。?无外加，通PN的散流等于漂移流，PN中无流流，PN的度保持一定而于定状。

二、PN结的单向导电性如果在PN两端加上不同极性的，PN会呈出不同的性能。?PN外加正向PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN结外加正向电压，又称PN结正向偏置，简称为正偏。（与内电场方向相反）?PN结P端接低电位，N端接高电位，称PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置，简称为反偏。（与内电场方向一致）

PN结外加正向电压

PN结外加反向电压

?PN的向性是指PN外加正向于通状，外加反向于截止状。

6.2半导体二极管常见的二极管有金属、塑料和玻璃三种封装形式。按照应用的不同，二极管分为整流、检波、开关、稳压、发光、光电、快恢复和变容二极管等。

6.2.1二极管的结构与伏安特性将PN结用外壳封装起来，并装上电极引线就构成了半导体二极管。常用二极管的符号结构示意图

二极管的伏安特性正向特性：二极管外加正向电压时，电流和电的关系称二极管的正向特性。根据理论分析，PN结两端的电压u与流过PN结的电流i之间的关系为反向饱和电流电压当量

反向特性?二极管外加反向电压时，电流和电压的关系称为二极管的反向特性。?二极管外加反向电压时，反向电流很小，而且在相当宽的反向电压范围内，反向电流几乎不变，因此，称此电流值为二极管的反向饱和电流。思考：如何理解反向特性？

反向击穿特性?当反向电压的值增大到UBR时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，UBR为反向击穿电压。?利用二极管的反向特性，可以做成稳压二极管，但一般的二极管不允许工作在反向击穿区。思考：一般的二极管发生反向击穿后是否还能正常工作？

当二极管所加正向电压比较小时（0UUth），二极管上流经的电流为0，管子仍截止，此区域称为死区，Uth称为死区电压（门坎电压）。硅二极管的死区电压约为0.5V，锗二极管的死区电压约为0.1V。二极管的伏安特