第1章 半导体晶体管和场效应管

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1、电工技术基础与工程应用第1章半导体晶体管和场效应管本章小结第3节绝缘栅场效应晶体管第2节晶体三极管与交流放大法电路第1节半导体的基础知识第1章半导体晶体管和场效应管《电工技术基础与工程应用》-电子技术1.1半导体的基础知识1.1.1物理基础1.1.2本征半导体1.1.3杂质半导体1.1.4PN结《电工技术基础与工程应用》-电子技术半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。与导体的电阻率相比较，半导体的电阻率有以下特点：1．对温度反映灵敏(热敏性)2．杂质的影响显著(掺杂性)极微量的杂质掺在半导体中，会引起电阻率的极大变化。3．光照可以改变电阻率(光敏性)温度、杂质、光照对半

2、导体电阻率的上述控制作用是制作各种半导体器件的物理基础。1.1.1物理基础《电工技术基础与工程应用》-电子技术1.1.2本征半导体半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体—纯净的半导体。如硅、锗单晶体。载流子—自由运动的带电粒子。共价键—相邻原子共有价电子所形成的束缚。+4+4+4+4硅(锗)的原子结构Si284Ge28184简化模型+4惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自由电子(束缚电子)空穴空穴空穴可在共价键内移动《电工技术基础与工程应用》-电子技术本征激发：复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。漂移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。在室温

3、或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。1.1.2本征半导体《电工技术基础与工程应用》-电子技术两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)的运动空穴(在共价键以内)的运动半导体的导电特征IIPINI=IP+IN+–电子和空穴两种载流子参与导电在外电场的作用下，自由电子逆着电场方向定向运动形成电子电流IN。空穴顺着电场方向移动，形成空穴电流IP。1.1.2本征半导体《电工技术基础与工程应用》-电子技术本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很弱。如果有控制、有选择地掺入微量的有用杂质（某种元素），将

4、使其导电能力大大增强，成为具有特定导电性能的杂质半导体。1.1.3杂质半导体《电工技术基础与工程应用》-电子技术1.本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少；2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，并与温度、光照等外界条件有关。结论《电工技术基础与工程应用》-电子技术1、N型半导体在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷。N型磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数电子数+5+4+4+4+4+4正离子多数载流子少数载流子N型半导体的简化图示《电工技术基础与工程应用》-电子技术P型硼原子空穴空穴—多子电子—少子载流子数空穴数2、P型半导体在硅或锗

5、的晶体中掺入三价元素硼。+4+4+4+4+4+3P型半导体的简化图示多数载流子少数载流子负离子《电工技术基础与工程应用》-电子技术1.1.4PN结二、复合使交界面形成空间电荷区空间电荷区特点:无载流子、阻止扩散进行、利于少子的漂移。(耗尽层)三、扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，总电流I=0。内电场扩散运动：由浓度差引起的载流子运动。漂移运动：载流子在电场力作用下引起的运动。1.PN结的形成一、载流子的浓度差引起多子的扩散《电工技术基础与工程应用》-电子技术一、加正向电压(正向偏置)导通P区N区内电场+UR外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。

6、I限流电阻扩散运动加强形成正向电流I。I=I多子I少子I多子二、加反向电压(反向偏置)截止P区N区+UR内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IPN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流II=I少子02PN结的单向导电性《电工技术基础与工程应用》-电子技术PN结两端电压和流经PN结的电流之间有如下关系式中，是反向饱和电流，UT=kT/q是温度电压当量，T是热力学温度，q是电子的电量，在T为300K时，UT≈26mV。4．PN结的反向击穿当反向电压超过某一数值后，反向电流会急剧增加，这种现象

7、称为反向击穿。3PN结方程《电工技术基础与工程应用》-电子技术1.2晶体二极管1.2.1基本结构1.2.2伏安特性1.2.3主要参数1.2.4特殊二极管《电工技术基础与工程应用》-电子技术1.2.1基本结构构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线面接触型N型锗PN结正极引线铝合金小球底座金锑合金平面型正极引线负极引线集成电路中平面型pNP型支持衬底《电工技术基础与