1、 第一章第一章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件第一章第一章 常用常用 器件器件半導(dǎo)體半導(dǎo)體 類別類別項(xiàng)目項(xiàng)目 導(dǎo)體導(dǎo)體絕緣體絕緣體代表物質(zhì)代表物質(zhì) 一般最外層電子數(shù)一般最外層電子數(shù)外層電子受原子核的外層電子受原子核的束縛力束縛力 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 金屬金屬惰性氣體惰性氣體硅、鍺硅、鍺 4 44=4=4小小易易大大二者之間二者之間不易不易二者之間二者之間半導(dǎo)體半導(dǎo)體1.1.1 1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體1.1 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體無(wú)雜質(zhì)無(wú)雜質(zhì)?GeSi半導(dǎo)體硅和鍺的最外層電子價(jià)電子都是四個(gè)。半導(dǎo)體硅和鍺的最外層電子價(jià)電子都是四個(gè)。結(jié)構(gòu)特

2、點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可將其制成晶體。通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可將其制成晶體。即為本征半導(dǎo)體即為本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖+4+4+4+4 形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共用電子共用電子常溫下價(jià)電子常溫下價(jià)電子很難脫離共價(jià)鍵很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子成為自由電子導(dǎo)電能力很弱導(dǎo)電能力很弱+4+4+4+4熱和光的作用熱和光的作用 自由電子自由電子 空穴空穴一些價(jià)電子獲得足夠的一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵束縛能量而脫離共價(jià)鍵束縛電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)本征激發(fā)本征激發(fā) （熱激發(fā)）（

3、熱激發(fā)）帶正電帶正電帶負(fù)電帶負(fù)電游離的部分自由電子游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，也可能回到空穴中去，稱為復(fù)合稱為復(fù)合+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移。相當(dāng)于空穴的遷移?？昭ǖ倪w移相當(dāng)于正空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。以認(rèn)為空穴是載流子。本征半導(dǎo)體的兩種載流子本征半導(dǎo)體的兩種載流子溫度越高，載流子的濃度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。溫溫度越高，載流子的濃度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素。這是度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要

4、的外部因素。這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿?dòng)產(chǎn)生的電流。 在本征半導(dǎo)體中摻入少量合適的雜質(zhì)，就會(huì)在本征半導(dǎo)體中摻入少量合適的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。1.1.2 1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4+4+5+4磷原子磷原子多余多余電子電子摻入少量的五價(jià)元素磷或銻）摻入少量的五價(jià)

5、元素磷或銻）取代，形成共價(jià)鍵取代，形成共價(jià)鍵多出一個(gè)電子多出一個(gè)電子磷原子成為不能移動(dòng)磷原子成為不能移動(dòng)的正離子的正離子施主施主原子原子+4+4+5+4N 型半導(dǎo)體中的型半導(dǎo)體中的載流子是什么？載流子是什么？1 1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2 2、本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。、本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子多子），空穴稱為少數(shù)載流子少子）。載流

6、子多子），空穴稱為少數(shù)載流子少子）。Negative+4+4+3+4空位空位硼原子硼原子空穴空穴P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入少量的三價(jià)元素硼或銦）摻入少量的三價(jià)元素硼或銦）取代，形成共價(jià)鍵取代，形成共價(jià)鍵產(chǎn)生一個(gè)空位產(chǎn)生一個(gè)空位吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)受主受主原子原子硼原子成為不能移動(dòng)硼原子成為不能移動(dòng)的負(fù)離子的負(fù)離子空穴是多子，電子是少子空穴是多子，電子是少子Positive(3)、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主

7、要是多子。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。小結(jié)小結(jié)4 4、P P型半導(dǎo)體中空穴是多子，自由電子是少子。型半導(dǎo)體中空穴是多子，自由電子是少子。 N N型半導(dǎo)體中自由電子是多子，空穴是少子。型半導(dǎo)體中自由電子是多子，空穴是少子。 5、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與溫度、光強(qiáng)、雜質(zhì)濃度、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與溫度、光強(qiáng)、雜質(zhì)濃度 和材料性質(zhì)有關(guān)。和材料性質(zhì)有關(guān)。 1、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。 2、在一定溫度下，本征半導(dǎo)體因本征激發(fā)而產(chǎn)生自由、在一定溫度下，本征半導(dǎo)體因本征激發(fā)而產(chǎn)生自由 電子和空穴

8、對(duì)，故其有一定的導(dǎo)電能力。電子和空穴對(duì)，故其有一定的導(dǎo)電能力。 3、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由溫度決定；、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由溫度決定； 雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由所摻雜質(zhì)的濃度決定。雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由所摻雜質(zhì)的濃度決定。一、一、PN 結(jié)的形成結(jié)的形成利用摻雜工藝，將利用摻雜工藝，將P 型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體制作在型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上，在它們的交界面處就形成了同一塊硅片上，在它們的交界面處就形成了PN 結(jié)。結(jié)。1.1.3 PN結(jié)結(jié)N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+PN結(jié)結(jié)+物質(zhì)因濃度差會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)物質(zhì)因濃度差會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)N區(qū)自由電區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高子濃

9、度遠(yuǎn)高于于P區(qū)。區(qū)。P區(qū)空穴區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高濃度遠(yuǎn)高于于N區(qū)。區(qū)。自由電子自由電子空穴空穴空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。擴(kuò)散的結(jié)果是產(chǎn)生擴(kuò)散的結(jié)果是產(chǎn)生空間電荷區(qū)。空間電荷區(qū)。+內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E E+-在電場(chǎng)力作用下，載流子產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)在電場(chǎng)力作用下，載流子產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)自由電子自由電子空穴空穴電位電位V VV0最終擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡，相最終擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。度固定不變。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)空間電荷區(qū)形成

10、內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散 總結(jié)總結(jié) 因濃度差因濃度差 由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)達(dá)到平衡，空間電荷區(qū)寬度固定不變達(dá)到平衡，空間電荷區(qū)寬度固定不變 二、二、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?REPN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變變薄薄PN+_外加電源將使擴(kuò)散外加電源將使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)源源不斷的進(jìn)運(yùn)動(dòng)源源不斷的進(jìn)行，形成正向電流，行，形成正向電流，PN結(jié)導(dǎo)通結(jié)導(dǎo)通PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變厚變厚NP+_內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子的擴(kuò)散受抑制。少子漂

11、移加強(qiáng)，但少子子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。較小的反向電流。PN結(jié)截止結(jié)截止RE PN PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；流； 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流，反向漂移電流， PN結(jié)截止。結(jié)截止。總結(jié)總結(jié)三、三、PN結(jié)結(jié)VCR方程方程) 1(TUuSeIiPN結(jié)兩端的外電壓結(jié)兩端的外電壓u與流過(guò)與流過(guò)PN結(jié)的電流結(jié)的電流i之間的關(guān)系之間的關(guān)系U

12、T: 溫度電壓當(dāng)量，溫度電壓當(dāng)量， = kT/q，一般取值為，一般取值為26mv； k為玻耳曼常數(shù)為玻耳曼常數(shù) T為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度 q為電子電荷量為電子電荷量IS：反向飽和電流：反向飽和電流) 1(TUuSeIiABC四、四、PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)1. 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過(guò)程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容Cb。2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散過(guò)程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過(guò)程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容Cd。dbjCCC結(jié)電容：結(jié)電容： 結(jié)電容不是

13、常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦裕P+-1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管外殼封裝外殼封裝陰極引線陰極引線陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線1.2.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)類型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)類型按按結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)分分類類點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型面接觸型面接觸型平面型平面型(1) (1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線陰極引線陰極引線PNPN結(jié)面積小結(jié)面積小不能通過(guò)較大的電流不能通過(guò)較大的電流結(jié)電容小結(jié)電容小工作頻率高工作頻率高 適用于適用于高頻電路高頻電路和小功率整流和小功率整流陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線陰極引線陰極引線(2) (2) 面接觸型二極管面接觸型二極管PNPN結(jié)面積大結(jié)面積大能通過(guò)較

14、大的電流能通過(guò)較大的電流結(jié)電容大結(jié)電容大能在低頻下工作能在低頻下工作一般僅作為一般僅作為整流管使用整流管使用合金法合金法PNPN結(jié)面積可大可小結(jié)面積可大可小陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線陰極引線陰極引線視結(jié)面積的大小視結(jié)面積的大小用于大功率整流用于大功率整流和開(kāi)關(guān)電路中和開(kāi)關(guān)電路中二極管的電路符號(hào)二極管的電路符號(hào)陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極二端無(wú)源元件二端無(wú)源元件(3) (3) 平面型二極管平面型二極管擴(kuò)散法擴(kuò)散法+-ui半導(dǎo)體二極管圖片1.2.2 1.2.2 半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線uiPN結(jié)結(jié)二極管二極管) 1(eTSUuIi近似分析時(shí)：近似分析時(shí)：(1) (1) 二極管和二極管和PNP

15、N結(jié)伏安特性的區(qū)別結(jié)伏安特性的區(qū)別二極管存在半導(dǎo)體二極管存在半導(dǎo)體體電阻和引線電阻體電阻和引線電阻二極管表面二極管表面 漏電流漏電流單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦評(píng)i幾點(diǎn)說(shuō)明幾點(diǎn)說(shuō)明二極管的正向特性二極管的正向特性陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極+-uu00uUonUon開(kāi)啟開(kāi)啟電壓電壓正向電流為零正向電流為零uUon開(kāi)始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。開(kāi)始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。) 1(eTSUuIi二極管的反向特性二極管的反向特性陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極+-uuUZ時(shí)作用同二極管時(shí)作用同二極管u增加到增加到UZ 時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿(a)2 2、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流規(guī)定

16、的穩(wěn)壓管反向工作電流IZIZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。壓。(1)(1)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZUZ穩(wěn)壓管低于此值穩(wěn)壓情況穩(wěn)壓管低于此值穩(wěn)壓情況變壞，常記作變壞，常記作IZminIZmin(2)(2)穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZIZ工作在穩(wěn)壓區(qū)時(shí)，端電壓變化量與其電流變化量之比工作在穩(wěn)壓區(qū)時(shí)，端電壓變化量與其電流變化量之比(3)(3)動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZrZrZ =UZ /IZ(4)(4)額定功耗額定功耗PZMPZMPZM= UZ IZmax最大穩(wěn)定最大穩(wěn)定電流電流(5)(5)溫度系數(shù)溫度系數(shù)表示溫度每變化表示溫度每變化1穩(wěn)壓值的變化量穩(wěn)壓值的變化量例例1 電路如圖所示，設(shè)電路如圖所示，設(shè)ui=6sint V，試?yán)L出輸出電壓，試?yán)L出輸出電壓uo的波形。設(shè)的波形。設(shè)DZ為硅穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)定電壓為為硅穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)定電壓為5V, 正向正向?qū)▔航岛雎圆挥?jì)。導(dǎo)通壓降忽略不計(jì)。+ui-3V RDZ+uo-解：解： ui-3V D導(dǎo)通導(dǎo)通 uo= -3V ui-3V D截止截止 uo= ui 2V 2V uiD反向擊穿反向擊穿 uo= 2V ui/V t o6uo/V t o22-3-3ABVB= uiVA= -3V例例2 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電UZ=6V, 最小穩(wěn)定電流最小穩(wěn)定電流I