[工学]《电工电子技术基础》电子教案_电工电子技术课件_第6章 电子技术中常用半导体器件

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1、第二篇电子技术基础第6章电子技术中常用半导体器件第7章基本放大电路第8章集成运算放大器第9章组合逻辑电路第10章触发器和时序逻辑电路第11章存储器第12章数/模和模/数转换器半导体基本概念二极管单、双极刑三极管电子技术中常用半导体器件主要授课内容2011年1月主讲电仪车间刘国亮第6章电子技术中常用半导体器件6.1半导体的基本知识6.3特殊二极管6.4双极型二极管6.5单极型三极管6.2半导体二极管物质按导电能力的不同可分为导体、半导体和绝缘体3类。日常生活中接触到的金、银、铜、铝等金属都是良好的导体；而像塑料、云母、陶瓷等几乎不导电的物质称为绝缘体；导电能力介于导体和绝缘体之间的

2、物质称为半导体。自然界中属于半导体的物质有很多种类，目前用来制造半导体器件的材料大多是提纯后的单晶型半导体，主要有硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓（GaAs)等。6.1半导体的基本知识（1）通过掺入杂质可明显地改变半导体的电导率。例如，室温30°C时，在纯净锗中掺入一亿分之一的杂质（称掺杂），其电导率会增加几百倍。（2）温度可明显地改变半导体的电导率。利用这种热敏效应可制成热敏器件，但另一方面，热敏效应使半导体的热稳定性下降。因此，在半导体构成的电路中常采用温度补偿及稳定参数等措施。（3）光照不仅可改变半导体的电导率，还可以产生电动势，这就是半导体的光电效应。利用光电效应可制成光敏

3、电阻、光电晶体管、光电耦合器和光电池等。光电池已在空间技术中得到广泛的应用，为人类利用太阳能提供了广阔的前景。半导体之所以得到广泛的应用，是因为它具有以下特性。1.半导体的独特性能由此可以看出：半导体不仅仅是电导率与导体有所不同，而且具备上述特有的性能，正是利用这些特性，使今天的半导体器件取得了举世瞩目的发展。2.本征半导体与杂质半导体（1）天然的硅和锗提纯后形成单晶体，称为本征半导体一般情况下，本征半导体中的载流子浓度很小，其导电能力较弱，且受温度影响很大，不稳定，因此其用途还是很有限的。硅和锗的简化原子模型。这是硅和锗构成的共价键结构示意图晶体结构中的共价键具有很强的结合力，

4、在热力学零度和没有外界能量激发时，价电子没有能力挣脱共价键束缚，这时晶体中几乎没有自由电子，因此不能导电当半导体的温度升高或受到光照等外界因素的影响时，某些共价键中的价电子因热激发而获得足够的能量，因而能脱离共价键的束缚成为自由电子，同时在原来的共价键中留下一个空位，称为“空穴”。空穴自由电子本征半导体中产生电子—空穴对的现象称为本征激发。显然在外电场的作用下，半导体中将出现两部分电流：一是自由电子作定向运动形成的电子电流，一是仍被原子核束缚的价电子（不是自由电子）递补空穴形成的空穴电流。共价键中失去电子出现空穴时，相邻原子的价电子比较容易离开它所在的共价键填补到这个空穴中来，使

5、该价电子原来所在的共价键中又出现一个空穴，这个空穴又可被相邻原子的价电子填补，再出现空穴，如右图所示。在半导体中同时存在自由电子和空穴两种载流子参与导电，这种导电机理和金属导体的导电机理具有本质上的区别。在纯净的硅（或锗）中掺入微量的磷或砷等五价元素，杂质原子就替代了共价键中某些硅原子的位置，杂质原子的四个价电子与周围的硅原子结成共价键，剩下的一个价电子处在共价键之外，很容易挣脱杂质原子的束缚被激发成自由电子。同时杂质原子由于失去一个电子而变成带正电荷的离子，这个正离子固定在晶体结构中，不能移动，所以它不参与导电。杂质离子产生的自由电子不是共价键中的价电子，因此与本征激发不同，它

6、不会产生空穴。由于多余的电子是杂质原子提供的，故将杂质原子称为施主原子。掺入五价元素的杂质半导体，其自由电子的浓度远远大于空穴的浓度，因此称为电子型半导体，也叫做N型半导体。在N型半导体中，自由电子为多数载流子（简称多子），空穴为少数载流子（简称少子）；不能移动的离子带正电。（2）杂质半导体相对金属导体而言，本征半导体中载流子数目极少，因此导电能力仍然很低。在如果在其中掺入微量的杂质，将使半导体的导电性能发生显著变化，我们把这些掺入杂质的半导体称为杂质半导体。杂质半导体可以分为N型和P型两大类。N型半导体不论是N型半导体还是P型半导体，虽然都有一种载流子占多数，但晶体中带电粒子的

7、正、负电荷数相等，仍然呈电中性而不带电。应注意：P型半导体在P型半导体中，由于杂质原子可以接收一个价电子而成为不能移动的负离子，故称为受主原子。掺入三价元素的杂质半导体，其空穴的浓度远远大于自由电子的浓度，因此称为空穴型半导体，也叫做P型半导体。在硅（或锗）晶体中掺入微量的三价元素杂质硼（或其他），硼原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时，将因缺少一个价电子而形成一个空穴。当相邻共价键上的电子受到热振动或在其他激发条件下获得能量时，就有可能填补这个空穴，使硼原子得电子而成为不