模塊9半導(dǎo)體器件9.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)典型的半導(dǎo)體材料：硅和鍺摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì),導(dǎo)電能力明顯改變光敏性：當(dāng)受到光照時(shí),導(dǎo)電能力提升熱敏性：環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。9.1.1

本征半導(dǎo)體

完全純凈的、晶格完整的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)健價(jià)電子價(jià)電子本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征激發(fā)自由電子空穴價(jià)電子在獲得一定能量自由電子（帶負(fù)電，電子）共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）外電場(chǎng)作用

空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子相鄰原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴空穴在運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)）自由電子和空穴都稱為載流子外加電壓后，在半導(dǎo)體：

本征半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目極少，導(dǎo)電性能很差，如何提高導(dǎo)電性？自由電子和空穴成對(duì)產(chǎn)生，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

溫度如何影響導(dǎo)電性能？

（2）價(jià)電子遞補(bǔ)空穴空穴電流（1）自由電子作定向運(yùn)動(dòng)電子電流9.1.2

雜質(zhì)半導(dǎo)體自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為主要導(dǎo)電方式摻入五價(jià)元素多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子

在本征半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)(某種元素),形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。

在N

型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），空穴是少數(shù)載流子（少子）。P+電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體9.1.2

雜質(zhì)半導(dǎo)體空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體摻入三價(jià)元素

P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子,自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴無(wú)論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。思考如下：1、請(qǐng)例舉一個(gè)生活中的半導(dǎo)體相關(guān)應(yīng)用。2、觀察你的手機(jī)充電器，你覺(jué)得手機(jī)充電器是個(gè)什么裝置，主要環(huán)節(jié)包括什么？和半導(dǎo)體有關(guān)系嗎？9.2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.2.1

PN結(jié)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空間電荷區(qū)也稱PN結(jié)。

擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)

內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。9.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)加正向電壓(正向偏置)P接正、N接負(fù)

內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)變窄外電場(chǎng)I內(nèi)電場(chǎng)PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–U2.PN結(jié)加反向電壓(反向偏置)外電場(chǎng)P接負(fù)、N接正內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－+–UPN結(jié)變寬2.PN結(jié)加反向電壓(反向偏置)外電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少,形成很小的反向電流。IP接負(fù)、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增大。

PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－+–U9.3二極管1、點(diǎn)接觸型

結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小，適用于高頻和小功率工作，也用作數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件。

結(jié)面積大、結(jié)電容大、正向電流大，適用于低頻整流電路。2、面接觸型PN+管殼+電極引線=二極管9.3二極管3、平面型用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。陽(yáng)極陰極VD（D）符號(hào)9.3.1伏安特性硅管0.5V鍺管0.1V反向擊穿電壓U(BR)通態(tài)電壓

外加電壓大于死區(qū)電壓，二極管導(dǎo)通。

外加電壓大于反向擊穿電壓，二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦苑聪蛱匦蕴攸c(diǎn)：非線性硅管0.6~0.8V鍺管0.2~0.3V死區(qū)電壓PN+–PN–+

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。9.3.2主要參數(shù)1.

最大整流電流IOM允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。3.

反向工作峰值電壓URWM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。4.反向峰值電流IRM指二極管加反向工作峰值電壓時(shí)的反向電流值。2.

反向擊穿電壓UBR

二極管能承受的最高反向電壓，超過(guò)后將導(dǎo)致二極管被擊穿。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。分析方法：將二極管斷開(kāi)。若V陽(yáng)

>V陰，則二極管導(dǎo)通；若V陽(yáng)

<V陰，則二極管截止。

二極管的應(yīng)用廣泛。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦裕捎糜谡?、檢波、限幅、元件保護(hù)及在數(shù)字電路中作為開(kāi)關(guān)元件等。使用注意9.3.3二極管的應(yīng)用

實(shí)際二極管應(yīng)考慮其通態(tài)電壓（硅管0.6～0.7V，鍺管0.2～0.3V）。在本節(jié)分析中，均認(rèn)為二極管為理想二極管，理想二極管正向壓降為零，反向截止。普通二極管電路如何計(jì)算？討論一下1.整流電路中的應(yīng)用uI>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路，uO=8V

uI<8V，二極管截止，可看作開(kāi)路，uO=ui

8V

二極管陰極電位為8V。參考點(diǎn)2.限幅電路中的應(yīng)用該電路為正限幅電路tuOO3.檢波電路中的應(yīng)用tuRO二極管起檢波作用，除去正尖脈沖。VA>VB，DA優(yōu)先導(dǎo)通，

使VY=3V。VB<VY

，DB截止，將VB與VY隔離。4.箝位和隔離電路中的應(yīng)用輸入端VA=+3V,VB=0V，試求輸出端Y的電位VY。設(shè)DA、DB為理想二極管。VYAB-12V0V+3VDARDBDA

起箝位作用。DB

起隔離作用。[練9.2]電路如圖所示，二極管均為理想二極管，計(jì)算電流I1、I2、I3、I?？雌饋?lái)好難5.二極管的保護(hù)作用9.4其他二極管1.符號(hào)和外形圖UZIZIZM

UZ

IZ2.伏安特性使用時(shí)要加限流電阻O+

–穩(wěn)定電壓UZ最大電流工作電流

穩(wěn)壓二極管正常工作時(shí)加反向電壓。

穩(wěn)壓二極管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。9.4.1穩(wěn)壓二極管VDZ（DZ）穩(wěn)壓二極管3.主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓二極管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。（2）電壓溫度系數(shù)

u

環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。（4）動(dòng)態(tài)電阻（3）穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZmax（5）最大允許耗散功率PZM=UZIZmaxrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。

【專題探討】電路如圖所示，R1=500Ω，R2=1000Ω，穩(wěn)壓二極管DZ的穩(wěn)定電壓UZ=10V，最大穩(wěn)定電流IZmax=12mA。討論E分別為18V、8V、-10V時(shí)，穩(wěn)壓二極管工作在什么狀態(tài)？通過(guò)的電流IZ是多少？9.4.2