电路与模拟电子技术 第7章 常用半导体器件

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1、第7章常用半导体器件教学目标与要求熟悉半导体的导电特性。掌握PN结的特性。了解二极管、三极管和场效应管的结构和工作原理，掌握其特性曲线及其主要参数。了解发光二极管、光电二极管、光电三极管和光电耦合器等新型半导体器件的结构及工作原理。7.1半导体的基本知识物质的分类（按导电性能分）①导体：低价元素（如Cu、AI等）导电性能好②绝缘体：高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶）导电性能极差③半导体：四价元素（如Si、Ge等）导电性能介于导体和绝缘体之间（1）热敏特性半导体的多变特性（2）光敏特性温度升高导电

2、能力显著变化。如热敏电阻光线照射导电能力显著变化。如光电二极管载流子（3）掺杂特性在本征半导体中掺入少量的有用的杂质，导电能力显著增强。如二极管、晶体管等。7.1.1本征半导体定义SiSiSiSiSiSiSiSiSi共价键价电子晶体原子的结合方式共价键纯净的具有单晶体结构的半导体称为本征半导体。如图所示2.本征半导体的特点（1）有两种载流子，即自由电子和空穴，且数目相等，即成对出现。（2）可形成两种电流，即电子电流和空穴电流。空穴自由电子注意（1）金属导体只有一种载流子即自由电子。本证激发复合（2）本证半

3、导体中，自由电子和空穴的浓度相等。SiSiSiSiSiSiSiSiSi（3）本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关；温度T载流子的浓度导电能力增强（4）导电能力仍不如导体。（5）绝对零度（T=0K）时，本征半导体成为绝缘体。7.1.2杂质半导体①N型半导体②P型半导体多余电子在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷）N型半导体的特点：①有两种载流子，即自由电子和空穴。自由电子是多子，空穴是少子；1.N型半导体N型半导体SiSiSiP+SiSiSiSiSi②主要靠自由电子导电。2.P型半导体在纯净的硅晶体中掺入三

4、价元素（如硼）P型半导体SiSiSiSiB-SiSiSiSi空位空穴P型半导体的特点：①有两种载流子，即自由电子和空穴。空穴是多子，自由电子是少子；②主要靠空穴导电。特别提示杂质半导体中的杂质原子必须是微量的，且有用，否则将改变半导体的晶体结构。在杂质半导体中，所掺杂质的浓度基本上决定了多子的浓度；而温度决定少子的浓度。杂质半导体（N型半导体或P型半导体）仍呈中性。7.2PN结7.2.1PN结的形成扩散运动漂移运动动态平衡（一定宽度）空间电荷区PN结---------------+++++++++++++

5、++P区多子N区多子---------------+++++++++++++++空间电荷区内电场说明空间电荷区又称耗尽层7.2.2PN结的单向导电性1.PN结正向偏置外加正向电压或正向接法特别提示PN结的正向电流可视为由多子的扩散运动形成的。---------------+++++++++++++++空间电荷区内电场RUS外电场变窄内电场外电场USRP区N区---+++I2.PN结反向偏置外加反向电压或反向接法特别提示PN结的反向电流可视为由少子的漂移运动形成。---------------+++++++

6、++++++++空间电荷区内电场RUS外电场---------+++++++++变宽内电场RUS外电场IPN结的反向电流对温度很敏感。PN结正向偏置空间电荷区变窄正向电阻很小正向电流较大PN结导通PN结反向偏置空间电荷区变宽（理想时为∞）反向电流（反向饱和电流）极小（理想时为0）PN结截止反向电阻很大PN结正向偏置时导通，反向偏置时截止单向导电性结论（理想时为0）说明PN结的结电容Cj①势垒电容Cb②扩散电容CdCj=Cb+Cd7.2.3PN结的电流方程IS：反向饱和电流q：电子电量k：波尔兹曼常数T：热

7、力学温度温度的电压当量则常温时，即T=300K（即27℃）时，UT≈26mV说明构成:实质上就是一个PN结PN结+引线+管壳7.3二极管+-阳极阴极特性：单向导电性外形及图形符号阳极阴极PN7.3.1二极管的类型和结构1.二极管的类型按所用材料不同分①硅管②锗管按用途不同分①普通管②整流管③开关管按内部结构不同分①点接触型②面接触型③平面型大功率整流元件多为锗管多为硅管1.二极管的结构（1）点接触型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳结面积小、结电容小、正向电流小。特点用途用于高频电路的检波和变频等。（2

8、）面接触型结面积大、正向电流大、结电容大。特点用途多用于工频大电流整流电路。（3）平面型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线结面积可大可小。特点用途多用于低频整流和开关电路中。阴极引线阳极引线SiO2保护层P型硅N型硅1.2.2、二极管的伏安特性硅管0.5V锗管0.1V反向击穿电压U(BR)导通压降外加电压大于死区电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性特点硅0.