课件-第6章 半导体器件.ppt

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1、第6章半导体器件基础6.1半导体基本知识6.1.1本征半导体图6-1硅和锗简化原子结构模型，它们都是四价元素，最外层轨道上都有四个阶电子。图6-2本征半导体晶体结构示意图6-3本征半导体中的自由电子和空穴1原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。在外电场的作用下,使空穴产生定向移动，形成空穴电流。半导体中存在着两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴本征半导体自由电子数量很少，电阻率很大，因此导电能力差，不能作半导体器件使用。6.1.2杂质半导体N（Negative）型半导体:在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N

2、（Negative）型半导体，也称电子型半导体。在N型半导体中自由电子（结合后多一个电子）是多数载流子。它主要由杂质原子提供；另外，硅晶体由于热激发会产生少量的电子空穴对，所以空穴是少数载流子。五价杂质原子因失去一个电子而带单位正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子又称为施主杂质。P（Positive）型半导体：在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等则形成了P（Positive）型半导体，也称为空穴型半导体（三电子与半导体结合留下一个空穴）。2空穴是其主要载流子，而电子是少数载流子。由于3价杂质原子可接受自由电子形成空穴，故称为受主杂质。6.1.3PN结及其特性在两种半导体（P

3、-N）的结合面上会形成一个P-N薄层，称为PN结由于交界面两侧浓度相差使电子由N区向P区扩散；空穴由P区向N区扩散。在P区和N区的交界处形成了方向由N区指向P区的内电场，在此电场的作用下，载流子将作漂移运动，方向正好与扩散运动方向相反，阻止扩散运动。当达到平衡时，扩散运动作用与漂移运动作用相等，通过界面的载流子数为0，即PN结的电流为0。此时在PN区交界处形成一个缺少载流子的高阻区，称为耗尽层。PN结具有下列特性：（1）单向导电性将电源正极接P区，负极接N区，称正向接法或正向偏置。与自建场方向相反，削弱了内电场，使耗尽层变窄，这样扩散作用就会大于漂移作用。形成正向电流，其方向是由电源

4、的正极通过P区、N区到电源负极。此时PN结处于导通状态。3反向电流很小，PN结处于截止状态，反向电阻值很大。PN结外加正偏电压时，形成较大的正向电流，PN结呈现较小的正向电阻；外加反偏电压时，反向电流很小，PN结呈现很大的反向电阻，这就是PN结的单向导电特性。（a）外加正向电压（b）外加反向电压（2）反向击穿性（3）电容性将电源正极接N区，负极接P区，称反向接法或反向偏置。与自建场方向相同，增强了内电场，使耗尽层变宽，漂移作用就会大于扩散作用，称为反向电流。46.2半导体二极管6.2.1二极管的结构二极管（PN结）一般分为点接触型、面接触型和平面型三类6.2.2二极管的特性二极管的伏

5、安特性可用特性曲线表示，也可用方程表示。对不同频率的信号，PN呈现的阻抗特性也不同。当外加正向电压不同时，PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当电容充放电过程，呈现电容效应。阳极为P区，阴极为N区。5（a）硅二极管的伏安特性曲线（b）锗二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线可用下式表示式中IS为反向饱和电流，U为二极管两端的电压降，UT=kT/q称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q为电子电荷量，T为热力学温度。室温（相当T=300K），则有UT=26mV。导通电压，或称门限电压、死区电压，硅管的Uon约为0.6~0.8伏，锗管的Uon约为0.1~0.3伏。二极管加反

6、向电压时，反向电流数值很小。反向击穿有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式。反向电压足够高时，耗尽层内电场很强，雪崩击穿。图6-6二极管的伏安特性曲线6电流过大时，PN结耗散功率超过允许值，导致PN结过热而烧坏。6.2.3二极管的主要参数（1）最大整流电流IDM（2）最大反向工作电压URM（3）最大反向电流IRM（4）最高工作频率fM【例6.1】【例6.2】6.2.4二极管的应用1.二极管的整流【例6.3】2.限幅电路【例6.4】3.开关电路【例6.5】4.低电压稳压电路发生击穿并不意味着PN结被损坏。稳压二极管就是利用PN结的击穿特性。当PN结两边掺入高浓度的杂质，其耗尽层宽度很小，齐纳击穿

7、7【例6.6】（1）稳压二极管6.2.5特殊二极管（a）伏安特性（b）符号图6-13稳压管的应用图6-12稳压管的伏安特性和符号8砷化镓中加一些磷可发出红色光，而磷化镓可以发出绿色光。它的开启电压比普通二极管的大，红色的在1.6V~1.8V之间，绿色的约为2V。发光二极管的发光颜色决定于所用材料，通常用元素周期表中Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓等所制成的。（2）发光二极管图6-15发光二极管的外形和符号（a）外形（b）符号（3）光电二极管图6-16