经典课件14 半导体器件

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1、课程主要内容电工电子技术——研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术。电工技术（上册）（电工学）电工电子技术电子技术（下册）电路分析基础磁路与电机模拟电子技术数字电子技术电路分析基础——直流电路（1、2）；暂态分析（3）；交流电路（4、5）。磁路与电机——磁路和变压器（6）；电动机（7、8、9）；继电接触器控制（10）可编程控制器（11）、供电与安全用电（12）、电工测量（13）上册模拟电子技术——半导体器件（14）；放大器（15、16）；反馈（17）；直流电源（18）；电力电子技术（19）数字电子技术——组合电路（20）；时序电

2、路（21）存储器和可编程器件（22）、模数转换（23）下册电工学课程和非电类专业学生的关系几乎没有任何一个行业离得开电学在非电类专业应用领域，如机械制造，现代先进的制造技术涉及电镀、电焊、金属加工、数字控制技术、微机控制技术等，都和电学知识息息相关。在航空领域，如机务维修、空中交通管制等，电气设备比比皆是，都离不开电工电子技术第14章半导体器件14.3二极管14.4稳压二极管14.5双极型晶体管14.2PN结及其单向导电性14.1半导体的导电特性14.6光电器件学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况,对器件的数学模型和电路的工作条件进

3、行合理的近似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对于元器件，学习重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不过于追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标,就不要过分追究精确的数值。工程上允许一定的误差，可采用合理估算的方法。14.1半导体的导电特性半导体的导电特性：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、晶体管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时,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、光敏晶体管等)。热敏性

4、：当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。14.1.1本征半导体完全纯净的、晶格完整的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价键结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。价电子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。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。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

5、空穴的运动(相当于正电荷的移动)。空穴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)本征半导体中的载流子数目极少,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平衡，半导体中的载流子便维持一定的数目。14.1.2N型半导体和P型半导体掺杂后自由电子数目大量增加

6、，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。P+14.1.2N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。掺入三价元素在P型半导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无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。14.2P

7、N结及其单向导电性14.2.1PN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。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区内电场越强，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。14.2.2PN结的单向导电性1.PN结加正向电压(正向偏置)P接正、N接负内电场被削弱，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

8、向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。PN结变窄外电场IF内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–U2.PN结加反向电压(反向偏置)外电场P接负、N接正