电工电子学上 第4章常用半导体器件.pdf

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1、第四章常用半导体器件主要内容第四章常用半导体器件半导体的基本知识与PN结半导体二极管双极型三极管中国石油大学（华东）信息与控制工程学院第四章常用半导体器件4.1半导体的基本知识与PN结第四章常用半导体器件4.1半导体的基本知识与PN结4.1半导体的基本知识与PN结4.1.1半导体的基本知识近代大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）物质的分类:中主要用硅（Si）、锗（Ge）和砷化镓（GaAs）材料。自然界的物质按其导电能力的大小可分为：半导体根据纯度的不同可以分为：导体：电阻率ρ<10-

2、4W×cm本征半导体绝缘体：ρ>1010W×cm杂质半导体半导体：10-4W×cm<ρ<1010W×cm，导电性能介于导体与绝缘体之间，受温度、光照和掺杂程度影响极大。第四章常用半导体器件4.1半导体的基本知识与PN结第四章常用半导体器件4.1半导体的基本知识与PN结1.本征半导体本征激发：纯净的、具有晶体结构的半导晶体结构共价键因热运动产生自由电子空穴对的现象。复合：体，也称为晶体。自由空穴与自由电子结+4+4+4最外层原子轨道上的电子称+4+4+4电子合而消失的现象。为价电子。4个价电子本征浓度：

3、+4+4+4+4+4+4一定温度下，载流子+14284+3228184+4的产生和复合达到动态平空穴+4+4+4衡，半导体中载流子便维+4+4+4SiGe简化模型二维晶格结构图持一定的数目。第四章常用半导体器件4.1半导体的基本知识与PN结第四章常用半导体器件在半导体中能够运载电荷的粒子有两种——自由电子和空穴，称为载流子。自由电子移动漂移电流导电机理：+4+4+4外加电场当外部加电场时，载流子即空穴与自由电+4+4+4子在电场的作用下而定漂移电流与电场强度和载流子浓度成正比。向移动，形成电流。空穴移

4、动+4+4+4第四章常用半导体器件4.1半导体的基本知识与PN结第四章常用半导体器件4.1半导体的基本知识与PN结2.杂质半导体——N型半导体和P型半导体P型半导体—掺入3价原子如硼（B）、镓（Ga）N型半导体—掺入5价元素如砷（As）、磷（P）+4+4+4自由电子、空穴对+4+4+4+4+3+4+4+5+4多余自由自由电子、空穴对电子+3+4+4多余空穴+5+4+4自由电子称为多数载流子，简称多子；多数载流子（多子）是空穴；本征激发产生的空穴称为少数载流子，简称少子。少数载流子（少子）是自由电子。第

5、四章常用半导体器件4.1半导体的基本知识与PN结第四章常用半导体器件4.1半导体的基本知识与PN结4.1.2PN结2.PN结的单向导电性PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电1.PN结的形成阻较小，PN结处于导通状态。浓度差Æ多子的扩散运动Æ空间电荷区ÈPN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电内电场阻较大，PN结处于截止状态。促使少子漂移阻止多子扩散结论：PN结具有单动态平衡ÆPN结向导电性。在两种半导体交界面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少载流子

6、所以也称为耗尽层。第四章常用半导体器件4.2半导体二极管第四章常用半导体器件4.2半导体二极管4.2半导体二极管1.点接触型二极管金属触丝正极引线负极引线4.2.1电路符号与基本结构PN结面积小，结电容将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体小，用于检波和变频等高频外壳N型锗二极管（D）。电路。正极引线2.面接触型二极管铝合金小球电路符号iP型硅ADPN结面积大，用于工频N型硅+u−K金锑合金D阳极大电流整流电路。底座阴极负极引线第四章常用半导体器件4.2半导体二极管第四章常用半导体器件4.2半

7、导体二极管4.2.2二极管伏安特性i3.平面型二极管DuiI=-(eUT1)+u−sD用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用UT＝kT/q≈26mV（常温）i/mA正向特性于高频整流和开关电路。1.正向特性60正极引线当加正向电压，且u>>U时,死区电压40SiOT2u20Ui»IeT–50–25s死区电压——U00.40.8u/VN型硅P型硅th–0.02–0.04死区负极引线第四章常用半导体器件4.2半导体二极管第四章常用半导体器件4.2半导体二极管导通电压iDuiDuUUiI=-(eT1

8、)3.反向击穿特性iI=-(eT1)硅管：0.6~0.7V+u−s+u−sDD锗管：0.2~0.3V当反向电压增大至U时，i/mA(BR)i/mA2.反向特性反向特性60反向电流将突然增大。反向特性6040导通电压二极管失去单向导电性。40导通电压当u＜0时，U20U20–50(BR)–25–50(BR)–25i=−Is（反向饱和电流）00.40.8u/V00.40.8u/V小功率硅管：＜1mA–0.02–0.02小功率锗管：10~100mA–0.04–