电工与电子技术基础教学课件 苑尚尊 第4章 常用半导体器件.ppt

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1、第4章常用半导体器件§4.1半导体的基础知识§4.2半导体二极管§4.3稳压管§4.4半导体三极管结束基本要求：1.了解半导体基本知识和PN结的形成及其单向导电性；2.理解二极管的伏安特性，了解二极管的主要参数；3.了解硅稳压管的结构和主要参数；4.了解三极管的基本结构和电流放大作用，理解三极管的特性曲线及工作特点，了解三极管的主要参数。难点：三极管的电流放大原理以及输入、输出特性；含二极管和稳压管电路分析。重点：二极管的伏安特性；三极管的输入、输出特性及工作特点；含二极管和稳压管电路分析。第4章常用半导体器件以电子器件为核心构成

2、的电路称为电子电路。在电子器件中，由半导体材料制成的器件统称为半导体器件，它是构成各种电子电路的关键元件。半导体器件具有体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小、功率转换效率高等优点，因而得到广泛应用。由半导体器件发展而成的集成电路，特别是大规模集成电路、超大规模集成电路，使电子设备在微型化、可靠性、灵活性等方面向前推进了一大步。4.1半导体的基本知识半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受

3、到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强4.1.1本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。SiSiSiSi价电子SiSiSiSi价电子价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便

4、愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。本征半导体的导电机理当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流(1)自由电子作定向运动电子电流(2)价电子递补空穴空穴电流注意：(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态

5、平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。4.1.2N型半导体和P型半导体掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺入五价元素SiSiSiSip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。动画4.1.2N型半导体和P型半导体掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。掺入三价元素SiSiSiSi在P型半导

6、体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴动画无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。1.在杂质半导体中多子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。abc4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）ba思考题：4.2PN结4.2.1PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体内

7、电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称PN结扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－动画形成空间电荷区4.2.2PN结的单向导电性1.PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄P接正、N接负外电场IF内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN－－－－－－－－－－－

8、－－－－－－－++++++++++++++++++动画+–ＥＲ2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场P接负、N接正内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－动画–+ＥＲPN结变宽2.PN结加反向电压（反向偏置