1、第第1 1章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件1.4半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.11.21.31.5半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管特殊二極管特殊二極管晶體管晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管1.二極管的導(dǎo)電特性及應(yīng)用二極管的導(dǎo)電特性及應(yīng)用 重點(diǎn)重點(diǎn)： 難點(diǎn)難點(diǎn)：2.三極管的特性三極管的特性半導(dǎo)體器件的工作原理半導(dǎo)體器件的工作原理1.11.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 在物理學(xué)中根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以劃分為導(dǎo)體、在物理學(xué)中根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體，典型的半導(dǎo)體是絕緣體和半導(dǎo)體，典型的半導(dǎo)體是硅硅SiSi和和鍺鍺GeGe，都是都是4 4價(jià)元價(jià)元素素。sisi硅原子硅原

2、子Ge鍺原子鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱(chēng)為四個(gè)電子稱(chēng)為價(jià)電子價(jià)電子。半導(dǎo)體的性能半導(dǎo)體的性能共價(jià)健共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱(chēng)為共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱(chēng)為價(jià)電子價(jià)電子。 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材 料 的 純 度 要 達(dá) 到材 料 的 純 度 要 達(dá) 到 99.9999999%99.9999999%，常稱(chēng)為，常稱(chēng)為“九個(gè)九個(gè)9”9”。 在絕對(duì)溫度在絕對(duì)溫度T=0KT=0K時(shí)，所時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為自由電子自由電子，因此本征

3、半導(dǎo)體因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。體。 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子本征激發(fā)（熱激發(fā)）本征激發(fā)（熱激發(fā)）空穴空穴自由電子自由電子兩種載流子本征激發(fā)、復(fù)合動(dòng)態(tài)平衡兩種載流子本征激發(fā)、復(fù)合動(dòng)態(tài)平衡 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱(chēng)為稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。半導(dǎo)

4、體。 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。2. N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性摻入五價(jià)元摻入五價(jià)元素素 Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)失去一個(gè)電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子 因三價(jià)雜質(zhì)原子在與因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。中留下一個(gè)空穴。 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的

5、漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。電荷區(qū)變薄。 擴(kuò)散的結(jié)果使空間擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱(chēng)空間電荷區(qū)也稱(chēng)PNPN結(jié)結(jié) 擴(kuò)散和漂擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的空間電荷區(qū)的厚度固定不變。厚度固定不變。+形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)因多子濃度差因多子濃度差形成內(nèi)電場(chǎng)形成內(nèi)電場(chǎng)多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。P P、N N半導(dǎo)半導(dǎo)體結(jié)合體結(jié)合PNPN結(jié)的形成

6、結(jié)的形成 少子飄移少子飄移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E E多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散 失去多子，耗盡層寬，失去多子，耗盡層寬，E E動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡PNPN結(jié)結(jié) 當(dāng)外加電壓使當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中結(jié)中P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，區(qū)的電位，稱(chēng)為加稱(chēng)為加正向電壓正向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)正偏正偏；反之稱(chēng)為加；反之稱(chēng)為加反向電壓反向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)反偏反偏。 PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 (1)(1)PN結(jié)加正向結(jié)加正向電壓電壓1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 外外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。相反。 外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)外

7、電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)電荷區(qū)變電荷區(qū)變窄窄 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子多子擴(kuò)散形成正向電流擴(kuò)散形成正向電流I I F F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)E正向電流正向電流1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 (2)(2)PN結(jié)結(jié)加反向電壓加反向電壓 外外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。 外外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng) 電荷區(qū)變電荷區(qū)變寬寬 漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場(chǎng)+E+EW+空 間 電

8、荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故一定的，故I IR R基本上與外加基本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān)反壓的大小無(wú)關(guān)，所以稱(chēng)所以稱(chēng)為為反向飽和電流反向飽和電流。但。但I(xiàn) IR R與溫與溫度有關(guān)。度有關(guān)。 1.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具結(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；有較大的正向擴(kuò)散電流； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具結(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。有很小的反向漂移電流。 由此由此可以得出結(jié)論：可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)ЫY(jié)具有單

9、向?qū)щ娦?。電性?.1 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性單向?qū)щ妴蜗驅(qū)щ?在在PNPN結(jié)上加上引線(xiàn)和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極結(jié)上加上引線(xiàn)和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類(lèi)。三大類(lèi)。(a) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等容小，用于檢波和變頻等高頻電路。高頻電路。點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸型型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1. 二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu)(b) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路于

10、工頻大電流整流電路。面接觸面接觸型型(c) 二極管的代表符號(hào)二極管的代表符號(hào) 代表符號(hào)代表符號(hào) k 陰極陰極 陽(yáng)極陽(yáng)極 a 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管二極管的伏安特性曲線(xiàn)可用下式表示二極管的伏安特性曲線(xiàn)可用下式表示)1(/SDD TVveIi0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20 30 40iD/ AiD/mA死死區(qū)區(qū)VthVBR硅二極管硅二極管2CP10的的V V- -I I 特性特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVBR鍺二極管鍺二極管2AP15的的V

11、 V- -I I 特性特性+iDvD-R正向特性正向特性反向特性反向特性反向擊穿特性反向擊穿特性1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2. 二極管的伏安特性二極管的伏安特性(1) (1) 最大整流電流最大整流電流IF(2) (2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓V VBRBR和最大反向工作電壓和最大反向工作電壓V VRMRM(3) (3) 反向電流反向電流I IR R(4) (4) 正向壓降正向壓降V VF F(5) (5) 最高工作頻率最高工作頻率f fM M1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管3. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體二極管圖片1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管

12、的型號(hào)半導(dǎo)體二極管的型號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類(lèi)器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類(lèi)器件的不同規(guī)格。代表器件的類(lèi)型，代表器件的類(lèi)型，P P為普通管，為普通管，Z Z為整流管，為整流管，K K為開(kāi)關(guān)管。為開(kāi)關(guān)管。代表器件的材料，代表器件的材料，A A為為N N型型GeGe，B B為為P P型型GeGe， C C為為N N型型SiSi， D D為為P P型型SiSi。2 2代表二極管，代表二極管，3 3代表三極管。代表三極管。例例1 1 整流電路整流電路例例2 2D6V12V3k BAUAB+V sin18itu 二極管的用途

13、：二極管的用途： 整流、檢波、整流、檢波、限幅、鉗位、開(kāi)限幅、鉗位、開(kāi)關(guān)、元件保護(hù)、關(guān)、元件保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)?。溫度補(bǔ)償?shù)?。t (a)(a)符號(hào)符號(hào)(b) (b) 伏安特性伏安特性 利用利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)。壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)。1.3 特殊二極管特殊二極管1. 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ穩(wěn)壓穩(wěn)壓管管電路電路(1) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓V VZ Z(2) (2) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻r rZ Z 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流電流I IZ Z下，所對(duì)應(yīng)的反

14、向工作下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。電壓。rZ = VZ / IZ(3)(3)額定功率額定功率 P PZ Z(4)(4)最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流 I IZmax Zmax 和最小穩(wěn)定工作電流和最小穩(wěn)定工作電流 I IZminZmin(5)(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù) V VZ Z穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)主要參數(shù)1.3 特殊二極管特殊二極管符號(hào)符號(hào) LEDLED工作原理：發(fā)光二極管也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)外加反向偏壓，二工作原理：發(fā)光二極管也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)外加反向偏壓，二極管截止不發(fā)光極管截止不發(fā)光, ,當(dāng)外加正向偏壓，二極管導(dǎo)通，因流過(guò)正向電流而當(dāng)外加正向偏壓，二極管導(dǎo)通，因

15、流過(guò)正向電流而發(fā)光發(fā)光1.3 特殊二極管特殊二極管2. 發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED)（a a）符號(hào)）符號(hào) （b b）電路模型）電路模型 （c c）特性曲線(xiàn)）特性曲線(xiàn) 1.3 特殊二極管特殊二極管3. 光敏二極管光敏二極管光電傳輸系統(tǒng)光電傳輸系統(tǒng) NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC基區(qū)基區(qū)最薄，最薄，一般在幾個(gè)微米一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米至幾十個(gè)微米摻雜濃度最低摻雜濃度最低管芯結(jié)構(gòu)剖面圖管芯結(jié)構(gòu)剖面圖三極管的三種組態(tài)三極管的三種組態(tài)共集電極接法共集電極接法，集電極作為公共電極，用，集電極作為公共電極，用CCCC表示表示; ;共基極接法共基極接法，基極作為公共電極，用，基極作為

16、公共電極，用CBCB表示。表示。共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用，發(fā)射極作為公共電極，用CECE表示；表示；BJTBJT的三種組態(tài)的三種組態(tài)EEBRBRC內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載基區(qū)：傳送和控制載 流子流子 （以（以NPNNPN為例）為例） 放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJTBJT中載流子的傳輸中載流子的傳輸過(guò)程過(guò)程載流子運(yùn)動(dòng)過(guò)程載流子運(yùn)動(dòng)過(guò)程 三極管三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過(guò)載流子傳輸體現(xiàn)出來(lái)的。過(guò)載流子傳輸體現(xiàn)出來(lái)的。

17、外部外部條件：條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。1.4 晶體管晶體管2. 電流分配與放大作用電流分配與放大作用 管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線(xiàn)，是管子內(nèi)管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線(xiàn)，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)。部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)。vCE = 0V+-bce共射極放大電路共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(b) 當(dāng)當(dāng)vCE1V時(shí)時(shí)， vCB= vCE - - vBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收 集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下下IB減小減小，特性曲線(xiàn)右移。特性曲線(xiàn)右移。vCE = 0VvCE 1V(a) 當(dāng)當(dāng)vCE=0V時(shí)時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線(xiàn)。相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線(xiàn)。（1 1）輸入）輸入特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn)1.4 晶體管晶體管3. 特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn)放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于vCE軸的軸的區(qū)域，曲線(xiàn)基本平行等距。區(qū)域，曲線(xiàn)基本平行等距。此時(shí)，此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電發(fā)射結(jié)正偏