第1章半导体二极管、三极管和场效应管

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1、第1章半导体二极管、三极管和场效应管1.2PN结1.3半导体二极管1.4稳压管1.5半导体三极管1.6绝缘栅场效应管第1章目录1.1半导体的导电特性在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。把纯净的没有结构缺陷的半导体单晶称为本征半导体。它是共价键结构。本征半导体的共价键结构硅原子价电子第1章1.11.1.1本征半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+41.1半导体的导电特性+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴本征激发复合在常温下自由电子和空穴的形成成对出现成对消失第1章1.1+4+4+4+4+4+4+4+4+4外电场方向空穴

2、导电的实质是共价键中的束缚电子依次填补空穴形成电流。故半导体中有电子和空穴两种载流子。空穴移动方向电子移动方向在外电场作用下，电子和空穴均能参与导电。价电子填补空穴第1章1.1+4+4+4+4+4+4+4+41.1.2P半导体和N型半导体1.N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的五价元素,如磷,则形成N型半导体。磷原子+4+5多余价电子自由电子正离子第1章1.1N型半导体结构示意图少数载流子多数载流子正离子在N型半导中,电子是多数载流子,空穴是少数载流子。第1章1.1+4+4+4+4+4+4+4空穴2.P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的三价元素,如

3、硼,则形成P型半导体。+4+4硼原子填补空位+3负离子第1章1.1P型半导体结构示意图电子是少数载流子负离子空穴是多数载流子第1章1.1P区N区1.2.1PN结的形成用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成P型半导体区域和N型半导体区域,在这两个区域的交界处就形成了一个PN结。N区的电子向P区扩散并与空穴复合P区的空穴向N区扩散并与电子复合空间电荷区内电场方向1.2PN结第1章1.2多子扩散少子漂移内电场方向空间电荷区P区N区在一定的条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定下来。第1章1.2内电场方向E外电场方向RI1.

4、2.2PN结的单向导电性P区N区外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷N区电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷空间电荷区变窄扩散运动增强，形成较大的正向电流1.外加正向电压第1章1.2P区N区内电场方向ER空间电荷区变宽外电场方向IR2.外加反向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走少数载流子越过PN结形成很小的反向电流多数载流子的扩散运动难于进行第1章1.21.2.3PN结电容PN结电容势垒电容扩散电容1.势垒电容PN结中空间电荷的数量随外加电压变化所形成的电容称为势垒电容，用Cb来表示。势垒电容不是常数，与PN结的面

5、积、空间电荷区的宽度和外加电压的大小有关。载流子在扩散过程中积累的电荷量随外加电压变化所形成的电容称为扩散电容，用Cd与来示。PN正偏时，扩散电容较大，反偏时，扩散电容可以忽略不计。2.扩散电容第1章1.2正极引线触丝N型锗支架外壳负极引线点接触型二极管1.3.1二极管的结构和符号二极管的符号正极负极1.3半导体二极管正极引线二氧化硅保护层P型区负极引线面接触型二极管N型硅PN结PN结第1章1.3600400200–0.1–0.200.40.8–50–100I/mAU/V正向特性反向击穿特性硅管的伏安特性1.3.2二极管的伏安特性反向特性死区电压I

6、/mAU/V0.40.8–40–80246–0.1–0.2锗管的伏安特性正向特性反向特性0第1章1.31.3.3二极管的主要参数1.最大整流电流IOM2.反向工作峰值电压URM3.反向峰值电流IRM例1：下图中，已知VA=3V，VB=0V，DA、DB为锗管，求输出端Y的电位并说明二极管的作用。解：DA优先导通，则VY=3–0.3=2.7VDA导通后,DB因反偏而截止,起隔离作用,DA起钳位作用,将Y端的电位钳制在+2.7V。DA–12VYABDBR二极管的应用范围很广,它可用与整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。第1章1.3DE

7、3VRuiuouRuD例2：下图是二极管限幅电路，D为理想二极管，ui=6sintV,E=3V,试画出uo波形。ttui/Vuo/V6330022–6第1章1.3t6302例3：双向限幅电路t03–3DE3VRDE3V第1章1.3uiuouRuDui/Vuo/V1.4稳压管IFUF0正向特性反向击穿区UZIminIZmaxDZ正极负极符号伏安特性稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管。第1章1.40稳压管的主要参数1.稳定电压UZ2.最小稳定电流Imin3.最大稳定电流IZmax4.动态电阻RZIZUZRZ=IZUZ5

8、.电压温度系数VZT6.最大允许耗散功率PM第1章1.4IFUFIminIZmaxN型硅二氧化硅保护膜BECN+P型硅1